南大西洋位于南美洲與非洲之間，由西岡瓦納大陸裂解形成，是處于威爾遜旋回中成熟階段的洋盆。南大西洋洋中脊遠離俯沖帶，通常認為其較少受到俯沖作用的影響。然而，近年來國內外研究人員在洋中脊玄武巖中識別出了俯沖組分改造后的地幔，并進一步提出了環太平洋的“俯沖盾”(subduction shield)模型。該模型中，大西洋洋中脊中部(33°N–34°S) 不同于其他位于俯沖盾之外的區域，屬于未受俯沖改造的地幔(subduction-unmodified mantle)，但其原因并未得到解釋；同時，另有研究表明該區域地幔受到了俯沖作用的影響。因此，大西洋中部是否存在俯沖作用的影響尚不明確。 

　　針對上述問題，中科院海洋所海洋地質與環境重點實驗室曾志剛研究團隊，選取南大西洋洋中脊18–21°S的玄武巖樣品，測試了全巖主、微量元素及Nd-Hf同位素組成，探討了微量元素異常及其來源。研究發現，樣品屬于N-MORB，但均在微量元素蛛網圖中顯示出U、Pb的正異常（圖1），并且其Ce/Pb、Nb/U比值明顯低于MORB正常值（圖2a），流體活動性元素與非流體活動性元素的比值（Ba/Nb、Ba/Th、Rb/La、Rb/Nb等）也與N-MORB明顯不同。這指示研究區地幔中存在富集流體活動性元素的組分，而陸殼物質、再循環沉積物、地幔柱物質的加入和俯沖過程的影響都是造成這一現象的可能因素。 

　　樣品在εNd值有限的變化范圍內，Nb/U比值劇烈變化，且并未展示出與εNd值的明顯相關性（圖2b），這排除了陸殼物質以及地幔柱物質的影響。εNd值與εHf值的相關圖也顯示源區中并不存在可識別的次大陸巖石圈地幔組分（圖2c）。二端元模擬的結果也不支持俯沖沉積物是觀察到的微量元素異常的來源。因此，認為這些微量元素異常代表了俯沖信號，體現了俯沖流體的影響（圖2d）；結合與俯沖帶的相對位置，源區中存在俯沖改造后的地幔物質似乎是更合理的解釋，而非俯沖作用的直接影響。 

　　上述研究成果發表在地學期刊Journal of Marine Science and Engineering上，論文第一作者為中科院海洋所冀天瀟博士，通訊作者是曾志剛研究員，本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院先導專項等項目聯合支持。 

　　論文信息： 

　　Ji T, Zeng Z. Trace Element Evidence of Subduction-Modified Mantle Material in South Mid-Atlantic Ridge 18–21°S Upper Mantle. Journal of Marine Science and Engineering, 2023, 11(2):441. https://doi.org/10.3390/jmse11020441.  

圖1 南大西洋洋中脊18–21°S玄武巖微量元素蛛網圖 

圖2 微量元素與同位素相關圖