一項新研究發現，碰撞的大陸板塊可能會吸收比以前想像的更多的水。這一結果可能有助於解釋一些火山噴發的爆炸性，以及銅、銀和金等礦藏的分佈。這項研究是由伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）、麻省理工學院和其他地方的地質學家們進行的。

這些發現是基於對從喜馬拉雅山脈回收的古代岩漿岩的分析–這種地質構造是俯衝區的產物，兩個巨大的構造板塊相互擠壓，一個板塊在數百萬年後在另一個板塊下面滑動。

世界各地都可以找到俯衝帶。當一個構造板塊俯衝於另一個板塊之下時，它可以帶走海洋水，將其捲入地幔深處，在那裡液體可以與上升的岩漿融合。岩漿所含的水越多，爆發的可能性就越大。因此，俯衝帶是世界上一些最強大和最具破壞性的火山爆發的地點。

他們的分析發表在2022年5月26日的《自然-地球科學》雜誌上，發現俯衝帶的岩漿，或”弧岩漿”，按重量計算可以包含高達20%的水含量–大約是被廣泛假設的最大水含量的兩倍。新的估計表明，俯衝帶吸收的水比以前認為的要多，而且弧岩漿是”超級水”，比科學家估計的要濕得多。

該研究的作者包括主要作者Ben Urann博士，他在研究時是麻省理工學院-WHOI聯合項目的研究生（現在在懷俄明大學）；Urann的博士生導師Véronique Le Roux來自WHOI和麻省理工學院-WHOI聯合項目。麻省理工學院地球、大氣和行星科學系的地質學教授Oliver Jagoutz；瑞士洛桑大學的Othmar Müntener；波士頓學院的Mark Behn；以及斯克里普斯海洋學研究所的Emily Chin。

以前，估計俯衝帶中被吸下去的水量是通過分析噴發到地表的火山岩來完成的。科學家們測量了這些岩石中的水的特徵，然後重建了岩石的原始含水量，當時它們第一次作為岩漿吸收了地殼下深處的液體。這些估計表明，岩漿平均含有約4%的水（按重量）。

但是Urann和Le Roux對這些分析提出質疑。如果上升的岩漿經歷了一些過程，以科學家們沒有預料到的方式影響了原來的水含量，怎麼辦？

“問題是，這些迅速上升並噴發的岩石是否代表了深層的真實情況，或者是否有一些表面過程使這些數字發生了偏差？” Urann說。

採取不同的方法，研究小組將目光投向了古代岩漿岩，稱為柱狀岩，它們一直深藏在地表之下，最初從未爆發過。他們推斷，這些岩石將是它們最初吸收的水的更原始的記錄者。

Urann和Le Roux在WHOI開發了新的二次離子質譜分析方法，以分析Jagoutz和Müntener以前在Kohistan弧收集的钚中的水，Kohistan弧是喜馬拉雅山脈西部的一個區域，由很久以前結晶的大面積岩石地質段組成。這些材料隨後被抬升到地表，暴露出保存下來的、未被抬升的柱狀體或岩漿岩層。

“這些是令人難以置信的新鮮岩石，”Urann說。“沒有證據表明這些岩石的晶體受到任何干擾，所以這是使用這些樣本的驅動力。”

Urann和Le Roux選擇了最新鮮的樣本，並分析了它們的水跡象。他們將水的測量值與每個晶體中的礦物成分結合起來，並將這些數字塞入一個方程式，以反算岩漿在結晶成岩石形式之前最初必須吸收的水量。

最後，他們的計算顯示，弧岩漿中的原始水含量超過了8%（按重量）。

該小組的新估計可能有助於解釋為什麼世界上某些地方的火山爆發比其他地方更強、更具爆炸性。

沒有參與研究的萊斯大學地質學教授Cin-Ty Lee說：“這種水含量是理解為什麼弧岩漿更具爆炸性的關鍵。弧岩漿的水含量有點神秘，因為重建原始水含量非常困難。大多數社區使用（噴發的火山岩），但它們與深層來源相去甚遠。因此，如果你能直接進入地幔，那就是最好的辦法。目前研究中的（岩石）是最接近的。”

這些結果也可能指向世界上可能發現礦藏–以及高濃度的銅、銀和金–的地點。

“這些礦床被認為是由岩漿流體形成的–從最初的岩漿中分離出來的流體，這些流體在溶液中攜帶銅和其他金屬，”Urann說。“問題一直是，這些礦床的形成需要大量的水–比你從含水量為4%的岩漿中得到的更多。我們的研究表明，超水岩漿是形成經濟礦床的主要候選者。”