破解深部卤素循环之谜：科学家找到地球深处的“卤素快递员”
学者网讯（编辑/刘伶 通讯员/孔令竹）地球内部的挥发分——氟、氯、水、碳等“活跃分子”——看似遥远，实则与我们的生活息息相关。它们既控制着金刚石等战略矿产的形成，也影响着火山地震的分布，甚至在地球长期气候演变中扮演重要角色。俯冲带正是这些物质从地表返回地球深部的核心通道。按照传统认识，氟、氯这类卤素在俯冲早期就会随含水矿物分解而大量流失，难以进入数百公里深的地幔。然而，全球多地深部金刚石中却发现了高密度盐水包裹体，部分地幔矿物中也记录了异常的氟富集现象。这些本应在浅部“半路流失”的元素，究竟是如何进入地球深处的，一直是深部挥发分循环研究中的关键谜题。
近日，中国科学院广州地球化学研究所王煜研究员团队联合中国地质大学（武汉）陈春飞教授等，通过高温高压实验找到了这一谜题背后的关键线索。相关成果于北京时间2026年4月2日凌晨在国际学术期刊《科学进展》在线发表。研究表明，一种在俯冲带中广泛分布的矿物——多硅白云母，正是将卤素带入深地的关键“搬运者”。
多硅白云母矿物照片
研究团队基于富钾蚀变洋壳模拟初始物，在5至11 GPa（约等于地下150-330公里深）、850至1200℃条件下系统考察了多硅白云母的稳定性及其携带氟、氯的能力。结果发现，多硅白云母在相当于约330公里深度的条件下仍可保持稳定，这意味着它能够帮助氟和氯穿过浅部挥发分释放关口（通常小于150公里），继续向地幔深部运输。换句话说，这种看似普通的矿物，竟能将卤素“护送”到以往认为难以企及的地球深处。
更出人意料的是，多硅白云母并非简单地将两种元素“一路带到底”。当它在更深处失稳分解或发生熔融时，氟和氯会“分道扬镳”：氯更容易进入释放出的流体或熔体，而氟则会被新生成的高压矿物——氟镁钾矿（KMgF3）截留，并继续以固相形式向更深地幔运输。这意味着，氯更容易随深部流体迁移，而氟则会被新的矿物相“接力”带往更深处。
这项发现还为解释深部金刚石的形成机制提供了新线索。研究显示，在约11GPa、900℃（~330 km深）条件下，多硅白云母分解可释放出富钾、富氯的超临界流体，其中氯含量高达9.6%至19.9%。这一成分特征，与天然深部金刚石中常见的高密度盐水包裹体高度吻合。换句话说，俯冲洋壳中的多硅白云母在深部分解，很可能就是这些深部高盐流体的“源头”，而它们正是促进金刚石生长的理想“催化剂”。
基于实验数据，研究团队进一步估算了多硅白云母每年向深部地幔输送的卤素总量：氟约为170万至260万 吨，氯约为52万至110万吨。若以杭州西湖约 1450 万吨的水量为参照，这意味着平均每 5 年左右（约 4 至 6.5 年），该过程向地幔输送的卤素质量就相当于“一个西湖”。这一结果表明，多硅白云母是全球深地卤素循环中不可忽视的重要载体。该成果为解释“浅部易流失、深部却富集”的卤素循环矛盾提供了关键实验依据，也为理解深部流体活动、金刚石形成以及地球内部长期化学演化提供了新的认识。
该论文第一作者为中国科学院广州地球化学研究所博士研究生刘颖卓，通讯作者为王煜研究员。合作者包括中国地质大学（武汉）陈春飞教授、广州地球化学研究所高名迪副研究员和徐义刚研究员。研究工作得到国家重点研发计划（2023YFF0803403、2022YFF0801001）、中国科学院先导专项B类（XDB0840200）和广东省自然科学基金（2024A1515012214）等项目资助。
论文信息：Yingzhuo Liu (刘颖卓), Yu Wang* (王煜), Chunfei Chen (陈春飞), Mingdi Gao (高名迪), Yi-Gang Xu (徐义刚). 2026. Phengite-mediated fluorine and chlorine fluxes from subduction zones to the deep mantle. Science Advances 12, eaee6110. DOI:10.1126/sciadv.aee6110.
蚀变洋壳深俯冲卤素循环示意图
正在搭建的实验组装
完整的实验组装
刘颖卓与正在实验中的1000吨大压机
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