香港中文大学教授首次探测马里亚纳南部俯冲带输入地球内部的水量

香港讯 日前，香港中文大学地球系统科学课程的杨宏峰教授及其团队，通过研究地球最深处——“挑战者深渊”附近的速度结构和地震分布特征，首次探测到在马里亚纳南部被俯冲板块带入地球内部的水量。由于俯冲板块是水进入地球内部的主要通道，因此估算进入俯冲带的水量对研究全球水和物质循环至关重要。该研究已于《地球物理研究通讯》上发表。

近年，“挑战者深渊”吸引了无数科学家和探险者的密切关注，然而，其水深达10.9公里，极少有设备可以突破极端压力，作近距离观测。因此，位于马里亚纳海沟的“挑战者深渊”仍然极为神秘。

据悉，马里亚纳海沟是太平洋板块向菲律宾海板块下方俯冲而形成，呈镰刀状，具有许多特殊的构造特点，如古老而陡峭的俯冲板片、没有大地震，以及分布甚广的泥火山。

为揭开深海的奥秘，杨教授与国际团队合作，对马里亚纳南段俯冲带进行了一系列多学科实验，包括物理海洋学、沉积物采样、重磁测量、主动源和被动源海底地震仪（OBS）实验。当中OBS可以测量海底震动，并用来探测地下结构。团队于 2016 年底放置数十台国产 OBS在海底，并在半年后成功回收，成为世界上首次成功在“挑战者深渊”附近进行的OBS实验。

杨教授课题组博士后研究员、文章第一作者朱高华博士，利用被动源OBS数据提取地震和环境噪声的信号，对马里亚纳南部的地下结构进行了地震成像。获得的地震速度模型显示俯冲板片有明显的低速异常，可延深至地幔约25公里处，数据显示马里亚纳南部俯冲板片携带有大量的水进入地球内部。在特定的温度和压力下，海水与岩石相互作用形成含水矿物（岩石水化），水因而被锁入岩石中，随着俯冲板块进入地球内部，俯冲板块外缘的拉张断层为水进入地球内部提供了重要途径。由于海平面一直保持相对稳定，进入地球的水通常伴随火山爆发回到大气层和海洋。在马里亚纳中部有一系列火山，因此部分水会由此返回。然而，马里亚纳南部却没有成熟的火山，说明俯冲板块携带的水会被带到地球的更深处，从而影响地底深处的物质成分和物质循环。

此项研究的合作机构包括中国科学院南海海洋研究所、中国科学院地质与地球物理研究所及圣路易斯华盛顿大学，并获香港研究资助局的资助。除了马里亚纳，杨教授还研究了莫克兰、卡斯卡迪亚和中美洲俯冲带。2018 年，他参加了首次中国—巴基斯坦莫克兰海沟的科学考察航次，进行大地震和海啸的相关研究。

（《中国基建报》记者 王焕 香港报道）