摘要
板块构造要求岩石圈-软流圈边界(LAB)下有一个低粘度层，但这种韧性转变的起源仍有争议1，2．解释包括温度升高的减弱效应3.，4矿物水合作用5或部分熔化6．电阻率对这三种效应都很敏感7，包括熔体挥发物含量8，但以前的实验室约束来自大地电磁测深没有同时考虑推断的熔体量的热力学稳定性和估计电阻率的不确定性的影响8，9，10，11，12，13，14．在这里，我们耦合了在挥发物存在下地幔熔融的实验约束参数化15，16采用贝叶斯电阻率反演17并将其应用于对Cocos板块下的LAB通道敏感的大地电磁数据9．矛盾的是，我们发现导电通道需要异常大的熔体分数和中等挥发物含量，或者中等熔体分数和异常大的挥发物含量，这取决于假定的地幔温度。大的熔体组分不太可能具有机械稳定性，并且与熔体迁移模型相冲突18．由于挥发分含量大需要高度富集的地幔源，这与大洋中脊的估计不一致19，结果表明地幔柱侵位了富挥发物熔体。这就要求附近存在以前未被探测到的羽流，或者远处Galápagos热点的影响。流进薄而含水的熔体通道的羽状物9，14，20.可能是全球LAB异常的一个未被认识的来源。
这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问
访问选项
订阅《自然》+
立即在线访问《自然》和其他55种《自然》杂志
29.99美元
每月
订阅期刊
获得1年的完整期刊访问权限
199.00美元
每期仅需3.90美元
所有价格均为净价格。
增值税稍后将在结帐时添加。
税务计算将在结账时完成。
买条
在ReadCube上获得时间限制或全文访问。
32.00美元
所有价格均为净价格。
数据可用性
本研究中反演和分析的大地电磁数据可在以下地址找到:https://doi.org/10.5281/zenodo.5510673．源数据提供了这篇论文。
代码的可用性
跨维贝叶斯反演代码可在https://bayesian1dem.bitbucket.io/．用于模拟部分熔融过程和两相地幔体电阻率的一套代码将根据要求发布。源数据提供了这篇论文。
参考文献
卡拉托，s -我研究软流圈的起源。地球的星球。科学。列托人。321 - 322， 95-103(2012)。
川松，H. & Utada, H.正常海洋地幔岩石圈-软流圈系统的地震和电特征。为基础。地球行星。科学。45， 139-167(2017)。
斯提克斯罗德，L. & Lithgow-Bertelloni, C.海洋上地幔的矿物学和弹性:低速带的起源。j .地球物理学。Res。110， b03204(2005)。
Hansen, L. N.， Qi, C. & Warren, J. M. oliivine各向异性表明古腾堡不连续不是岩石圈的基础。国家科学院学报美国113， 10503-10506(2016)。
Hirth, G. & Kohlstedt, D.海洋上地幔中的水:对流变性、熔体提取和岩石圈演化的影响。地球的星球。科学。列托人。144， 93-108(1996)。
关于软流圈中非常小的熔体部分的存在、持久性和力学效应的问题。Geochem。地球物理学。Geosyst。17， 470-484(2016)。
吉野，T. & Katsura, T.地幔矿物的电导率:水在电导率异常中的作用。为基础。地球行星。科学。41， 605-628(2013)。
Sifré， D.等。海洋低速带初融时的电导率。自然508， 81-85(2014)。
奈夫，基，K.，康斯特布尔，S. & Evans, R. L.岩石圈-软流圈边界富熔体通道的观测。自然495， 356-359(2013)。
Utada, H. & Baba, K.从海底大地电磁测深数据估计部分熔融软流圈熔体相的电导率。理论物理。地球的星球。国际米兰。227， 41-47(2014)。
萨拉菲安，E.等。NoMelt实验约束的中太平洋上地幔电性结构。Geochem。地球物理学。Geosyst。16， 1115-1132(2015)。
Katsura, T.， Baba, K.， Yoshino, T. & Kogiso, T.海洋软流圈的电导率及其基于实验室测量的解释。构造物理学717， 162-181(2017)。
Selway, K.， O 'Donnell, J. P. & Özaydin, S.上地幔熔融分布的岩石约束大地电磁。Geochem。地球物理学。Geosyst。20.， 3328-3346(2019)。
王，S, Constable, S, Rychert, C. A. & Harmon, N.利用海洋大地电磁数据估计中大西洋洋脊中部岩石圈-软流圈边界和部分熔融。Geochem。地球物理学。Geosyst。21， e2020GC009177(2020)。
赫希曼，滕纳，T.，奥波特，C. &威瑟斯，a.c.名义上无水地幔的脱水熔化:分配的首要性。理论物理。地球的星球。国际米兰。176， 54-68(2009)。
赫斯曼，m.m.海洋低速区的部分融化。理论物理。地球的星球。国际米兰。179， 60-71(2010)。
布拉特，D.， Key, K.，雷，A.和古斯塔夫森，C.控制源电磁和大地电磁数据的贝叶斯联合反演，以成像新泽西州近海淡水含水层。地球物理学。j . Int。218， 1822-1837(2019)。
哈夫林，C.， Parmentier, E. M. & Hirth, G.岩石圈-软流圈边界熔体堆积驱动的堤克传播。地球的星球。科学。列托人。376， 20-28(2013)。
勒沃耶，等人。碳通量与原生岩浆CO2沿全球洋中脊系统的内容。Geochem。地球物理学。Geosyst。20.， 1387-1424(2019)。
Mehouachi, F. & Singh, s.c.赤道大西洋富含水的岩石圈融化通道。Nat。地球科学11， 65-69(2018)。
惠廷顿，A, Richet, P. & Holtz, F.水和解聚铝硅酸盐熔体的粘度。Geochim。Cosmochim。学报64， 3725-3736(2000)。
斯坦因，C. A. &斯坦因，S.海洋深度和热流随岩石圈年龄的全球变化模型。自然359， 123-129(1992)。
构造板块基于热流的冷却模型。地球的星球。科学。列托人。361， 34-43(2013)。
克罗斯比，A. G. &麦肯齐，D.年轻海洋深度、重力和全球残留地形的分析。地球物理学。j . Int。178， 1198-1219(2009)。
Saal, a.e.， Hauri, E.， Langmuir, c.h. & Perfit, m.r.原始洋中脊玄武岩的蒸汽欠饱和与地球上地幔的挥发性成分。自然419， 451-455(2002)。
Dasgupta, R.等人。富含二氧化碳的硅酸盐在地球上地幔融化。自然493， 211-215(2013)。
Ballmer m.d.， van Hunen, J.， Ito, G.， Tackley, P. J. & Bianco, T. A.源自小型岩石圈下对流的非热点火山链。地球物理学。卷。34， l23310(2007)。
狄克逊，狄克逊，T. H.贝尔，D. R.和Malservisi .上地幔粘度的横向变化:水的作用。地球的星球。科学。列托人。222， 451-467(2004)。
压力下含水和干硅熔体电导率的实验室测量。地球的星球。科学。列托人。218， 215-228(2004)。
Hirano, N.等。火山活动对板块弯曲的响应。科学313， 1426-1428(2006)。
Pilet, S.在《跨学科的地球:纪念Don L. Anderson的一卷》(Foulger, g.r.， Lustrino, M. & King, s.d.编)281-304(美国地质学会，2015)。
郭，X.等。CO的导电性2和H2含氧浑浊石熔体。j .地球物理学。Res. B固体地球126， e2020JB019569(2021)。
赫布里希等人。哥斯达黎加西北部近海和尼加拉瓜西南部的Cocos板块海山:Galápagos羽状物质在上地幔中的大规模分布的意义。Lithos212 - 215， 214-230(2015)。
埃文斯，R. L.等。来自MELT地区的海洋板块成分控制的地球物理证据。自然437， 249-252(2005)。
巴巴，K.，查夫，A. D.，埃文斯，R. L.， Hirth, G.和Mackie, R. L. 17°S东太平洋隆起下的地幔动力学:来自地幔电磁和断层扫描(MELT)实验的见解。j .地球物理学。Res。111， b02101(2006)。
爸爸，k等人。利用海底大地电磁资料的菲律宾海上地幔电导率成像。理论物理。地球的星球。国际米兰。183， 44-62(2010)。
大地电磁逆问题。地球物理学。测量员6， 5-25(1983)。
麦丁，A. E.帕克，R. L. & Constable, S.从地磁测深进行声音推断。理论物理。地球的星球。国际米兰。160， 51-59(2007)。
李志刚，李志刚，李志刚，李志刚，李志刚，李志刚。含湿橄榄岩固体与海洋地幔位温的实验约束。科学355， 942-945(2017)。
张志刚，张志刚，张志刚。含水地幔熔融的新参数化方法。Geochem。地球物理学。Geosyst。4， 1073(2003)。
地幔固体:实验约束和橄榄岩组成的影响。Geochem。地球物理学。Geosyst。1， 2000gc000070(2000)。
欧利里，J. A.盖塔尼，G. A. & Hauri, E. H.四面体Al的效应3 +斜辉石与硅酸盐熔体间水分分配的研究。地球的星球。科学。列托人。297， 111-120(2010)。
奈夫，塞尔韦，K，墨菲，B. S.， Egbert, G. & Pommier, A.岩石圈-软流圈系统的电导率。理论物理。地球的星球。国际米兰。313， 106661(2021)。
脱水熔融开始时含水海洋地幔电导率的上界。地球的星球。科学。列托人。482， 357-366(2018)。
Yoshino, T.， Matsuzaki, T.， Shatskiy, A. & Katsura, T.水对橄榄石集合体导电性的影响及其对上地幔电结构的影响。地球的星球。科学。列托人。288， 291-300(2009)。
张，B.等。顽辉石电导率与含水量的函数关系:对上地幔电结构的启示。地球的星球。科学。列托人。357 - 358， 11-20(2012)。
王东，穆克赫吉，徐勇，王敏。-水对橄榄石电导率的影响。自然443， 977-980(2006)。
戴，L. & Karato, S.-i正氧苯的电导率:对软流圈含水量的影响。Proc。日本。专科学校B85， 466-475(2009)。
Presnall, d.c.， Simmons, C. L. & Porath, H.熔融过程中合成玄武岩导电性的变化。j .地球物理学。固体地球77， 5665-5672(1972)。
Tyburczy, J. A. & Waff, H. S.熔融玄武岩和安山岩在25千巴压力下的电导率:地球物理意义和电荷传输和熔体结构的含义。j .地球物理学。固体地球88， 2413-2430(1983)。
Ni, H.， Keppler, H. & Behrens, H.含水玄武岩熔体的电导率:对上地幔部分熔融的影响。普通发布版。矿物。汽油。162637-650(2011)。
Gardés, E.， Laumonier, M.， Massuyeau, M. & Gaillard, F.海洋低速区的部分熔体分布。地球的星球。科学。列托人。540， 116242(2020)。
确认
我们感谢A. Malinverno和K. Kelley的富有成效的对话和有用的建议，以及D. Hasterok分享他的融化参数化的MATLAB脚本。大地电磁数据的收集由美国国家科学基金会OCE-0841114和OCE-0840894资助。这项工作得到了哥伦比亚大学电磁方法研究联盟的支持。A.R.在澳大利亚地球科学首席执行官的许可下出版。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
S.N.和K.K.收集和处理大地电磁数据。D.B.和S.N.编写了部分熔融和体电阻率模型代码。A.R.和D.B.编写了贝叶斯反演代码。d.b.， S.N.和K.K.建立了大地电磁数据模型并给出了这些数字。所有作者都参与了手稿的撰写。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图3
熔体分数和熔体CO的概率分布2内容(一个)或散装产地来源证2（b)，为由蒙特卡罗方法估计的MT联合测深。虚线表示等温线。散装水保持在240 ppm不变。几乎所有的(T，ρ)拉伸需要大的熔体分数和/或高体积CO2浓度
扩展数据图8 CO的影响2含水熔体电阻率的研究T= 1400°C(参考。8)．为作比较，所示为纯含水熔体的关系51(蓝色实线)。
碳对熔体电阻率的影响直到熔体中碳的浓度超过约6%时才会显现出来
图9温度、体水化、熔体分数和熔体挥发分含量对地幔体电阻率的影响。
一个对于没有熔融的潮湿地幔，温度和体水化作用都会降低体电阻率。所有三个图中的线条样式都与中温度一致一个．曲线一个在固相物到达的地方被截断，从而产生熔体。b含有含水熔体的干地幔的阻性相当低，即使熔体水浓度很小。cco2对熔体电阻率有较大影响，但仅在高熔体CO时2浓度。在无二氧化碳的情况下计算体电阻率b如果没有水c．地幔成分假设为60%橄榄石，40%辉石
图10利用体电阻率和温度约束岩石稳定熔体分数和熔体H2O浓度。
对于稳定的熔体，熔体分数和熔体水浓度都作为总地幔水化作用的函数而增加(一个)，主要控制体电阻率(b)．熔体分数和熔体含水量的恒电阻率组合(c(彩色曲线)与稳定的恒温组合一起绘制一个（c，黑色曲线)。对已知的T而且ρ时，可准确地知道稳定熔体分数和熔体含水量(d，蓝点)。如果不确定性T或ρ，则熔体分数与熔体含水量的稳定组合沿一条直线(d、红线或绿线)。如果两个T而且ρ为不确定，岩石稳定组合位于二维区域(d，灰色区域)。虚线(蓝色、橙色或黑色)表示整个图中温度恒定的曲线
补充信息
权利和权限
关于本文
引用本文
布拉特，D，奈夫，S, Key, K。et al。岩石圈-软流圈边界含水熔融的羽流成因。自然604， 491-494(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-04483-w
收到了：
接受：
发表：
发行日期：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04483-w
