俯冲带是地球上地质活动最活跃的区域之一，常常伴随着火山活动和地震。硼是一种流体活动性元素，在不同地质储库中表现出广泛的同位素组成变化，并且在流体-岩石相互作用过程中会发生质量分馏。因此，硼同位素 (δ11B) 可以作为示踪剂，用于研究俯冲带流体和熔体的来源及演化过程。以往的研究已经利用硼同位素示踪俯冲带流体，但对不同来源的硼的贡献和混合过程的理解仍然不够深入。
阿留申弧是地球上火山活动最活跃的地区之一，也是研究俯冲带岩浆作用的理想场所。阿留申群岛是位于北太平洋的一个火山岛弧，从阿拉斯加半岛的尖端向西延伸约1900公里，跨越180°经线，几乎到达俄罗斯的堪察加半岛。它由超过300个小型火山岛组成，其中许多岛屿是活火山或休眠火山。
图1 研究区域及采样位置
研究人员收集了来自阿留申弧全线的火山岩样品，并使用电感耦合等离子体质谱法测量了样品中硼的浓度和硼同位素比值 (δ11B)。他们还分析了来自深海钻探项目183站位的海洋沉积物和蚀变的太平洋洋中脊玄武岩样品，以确定潜在的硼来源。
研究发现，西部阿留申海底熔岩的硼同位素组成异常重（δ11B高达+13.5‰），并且与硼含量呈负相关。这种重硼同位素组成表明其来源可能是俯冲板块地幔部分的蛇纹岩，而非俯冲板块上方的地幔楔。而阿留申群岛火山岩的硼同位素组成则较轻，且与沉积物的硼同位素组成相似，这表明沉积物是这些火山岩中硼的主要来源。
部分阿留申群岛的火山岩样品显示出低硼含量和轻硼同位素组成，这与全球其他弧后环境下的火山岩特征相似。这表明在这些区域，俯冲板块的脱水程度更高，导致残留的硼同位素组成更轻。
为了验证他们的解释，研究人员建立了一个质量平衡模型。该模型考虑了不同来源（深部板块蛇纹岩、蚀变洋壳、沉积物）的贡献，并计算了阿留申群岛玄武岩的硼同位素组成。模型结果与实际观测数据吻合，进一步支持了深部板块蛇纹岩在阿留申弧岩浆形成中扮演重要角色的观点。
这项研究揭示了深部俯冲板块蛇纹岩是阿留申弧岩浆的重要来源，表明硼同位素可以作为示踪剂，用于研究俯冲带的复杂过程。
参考文献：Owen Jensen, Ryan Waldman, Gene Yogodzinski, Michael Bizimis, Jeffrey Ryan, William Leeman, Howie Scher, Kaj Hoernle; Boron isotopes identify deep-slab serpentinite in the source of Aleutian arc magma. Geology 2024; doi: https://doi.org/10.1130/G52419.1
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