2025年11月28日，伟德源自英国1946伟的国际1946bv张军波教授、中国科学院地球化学研究所徐荣副研究员联合国内外合作者在国际顶级期刊《自然—通讯》(Nature Communications)发表了题为《Ancient storage of anomalous mercury isotope signatures in the Earth’s transition zone》(地幔过渡带中保存着古老的汞同位素异常)的学术论文，研究了东亚地区新生代板内 EM1 型玄武岩的汞同位素，揭示了地幔过渡带可长期保存独特的汞同位素异常。
地幔过渡带是上地幔和下地幔的分界，位于地表之下约 410至660 公里的深度，其独特的矿物组成以及热力学条件使其成为理解地球演化、板块俯冲作用以及深部动力学的关键区域。近年来，岩石学、地球化学、地球物理学、大地电磁学以及地球动力学的综合研究结果表明，板块俯冲作用可以将沉积物连同挥发分一起带入到地幔过渡带中，从而形成类似富集地幔 1 (EM1)端元的潜在深部储库，并最终补给到板内岩浆的地幔源区。然而，目前关于储存在地幔过渡带中的俯冲沉积物、挥发分与地幔端元之间的具体联系仍不清楚，这限制了我们对包括挥发分在内的俯冲物质的深部地幔再循环过程以及地幔不均一性形成机制的理解。
针对上述科学问题，该研究团队对东北地区新生代 EM1 型板内玄武岩开展了系统的汞同位素研究。汞是一种具有挥发性的金属元素，其同位素体系同时具有质量分馏（δ202Hg）和非质量分馏（Δ199Hg≠0、Δ201Hg≠0）特征，可为物质来源及其循环过程提供多维度约束。研究结果显示，这些玄武岩普遍具有负的奇数Hg的非质量分馏(Δ199Hg<0和Δ201Hg<0)，且其δ202Hg与多项指示地幔不均一性的地球化学指标（如87Sr/86Sr、206Pb/204Pb、208Pb/204Pb、U/Pb比值）显著相关，证实了富集地幔EM1端元中存在再循环古老陆源沉积物的贡献。
综合已有地球化学和地球物理学等多学科研究成果，该研究团队进一步提出，具有异常汞同位素组成的古老陆源沉积物可通过古俯冲作用被输送并储存在地幔过渡带中，并在后期的含水地幔上涌或地幔柱上升过程中被重新捕获，最终形成 EM1 型板内玄武岩（图1）。结合EM1端元所反映的古老地球化学特征，该研究进一步指出，这种异常的汞同位素信号可在地幔过渡带中长期保存，时间尺度可能超过10亿年，从而为深部地幔中长期挥发分循环过程提供了重要记录。
图1. 深部地幔汞同位素循环以及形成EM1型板内火山示意图。
徐荣副研究员为该论文第一作者，徐荣副研究员和张军波教授为该论文共同通讯作者。该项研究成果受到国家自然科学基金委(42121003, 42173051, 42473062, 42403019)等项目的联合资助。
论文信息：
Title: Ancient storage of anomalous mercury isotope signatures in the Earth’s transition zone
Authors: Rong Xu (徐荣)*, Runsheng Yin (尹润生), William M. White, Michael Bizimis, Yue Cai (蔡悦), Jun-Bo Zhang (张军波)*, Chunfei Chen (陈春飞), Zhendong Tian (田振东), Ting Ruan (阮婷), Yibing Li (李仪兵), Ganglan Zhang (张岗岚), Liang Liu (刘亮), Zhongjie Bai (柏中杰), Meifu Zhou (周美夫) & Yongsheng Liu (刘勇胜)
Source: Nature Communications 16, 11714, Available online 28 November 2025
DOI: 10.1038/s41467-025-66917-z
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66917-z
