俯冲带是地表水进入深部地幔的主要通道。传统模型认为，洋壳转变为致密榴辉岩后，晶界自由水被锁定，并随板片下沉至约410公里以下的过渡带方可被释放。然而，中国科学院广州地球化学研究所副研究员黄永胜团队最新研究推翻了这一前提：流体中仅需1 wt.%氯化钠，榴辉岩在约65公里深度即可形成连通网络释放流体，指示自由水无法被输送至更深处。相关成果近日发表于《地球物理研究杂志-固体地球》。
俯冲板片持续脱水及其诱发的地质响应。研究团队供图
晶粒间流体形成的二面角（θ）是判断深部流体渗透性的关键参数：θ60°时，流体沿晶界三维连通；θ≈0°时，流体薄膜完全包裹矿物。此前纯水体系实验研究显示，榴辉岩在浅部θ值介于62°-68°之间，板片“深部脱水”模型即基于此建立。然而，近年俯冲带地球化学与地球物理观测异常，对该传统认知提出了挑战。
氯化钠是俯冲带流体中不可忽视的重要组分。研究团队利用活塞圆筒及多面顶砧压机，模拟2-15 GPa、800-1200°C（约60-450公里深度）条件，系统加入0-20 wt.%氯化钠，探究其对榴辉岩中流体连通性的影响。结果表明：在2 GPa、800°C（约60公里）条件下，仅需1 wt.%氯化钠，二面角即全面跌破60°，形成连通的流体网络；在9 GPa、1200°C（约270公里）条件下，颗粒边界润湿比例超过91%，θ趋近于0°，达到完全润湿状态。机制上，氯化钠与Ca、Mg形成氯络合物，显著提高矿物溶解度、降低固-液界面能，使岩石中流体由“卡滞”转为“铺展”；在高压超临界条件下，该效应进一步放大，矿物颗粒晶界被完全湿润。
将60°等角线投影至冷、中、热三种俯冲板片深度-温度图中，其交点均落在约2 GPa（60-70公里）位置，即恰为榴辉岩化完成之处。这表明，板片并非在深部“一次性倒水”，而是从弧前浅部即沿晶界持续渗漏，相当于一片“咸海绵”，自由流体在浅部大量交代地幔楔并驱动弧岩浆活动。
该发现意味着，深部地幔的自由水输入量需大幅重估；深地水库存主要寄存在含水矿物或名义上无水矿物的晶格中，随板片以“固态”形式下沉，而非通过自由流体批量运输。
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