日本冈山大学行星物质研究所的石井贵之副教授与北京大学、北京高压科学研究中心组成的国际研究团队，通过高温高压实验再现了俯冲板块内部的环境，揭示了板块内部“水迁移”在深源地震形成过程中发挥关键作用。相关研究成果已发表在《Nature Communications》上。
图1．俯冲板块内部的水分布与深源地震、板块弯折的关系。（供图：冈山大学）
在地球内部，当海洋板块俯冲进入地幔时，在数百公里深度会发生一种被称为“深源地震”的特殊地震。由于深源地震发生于高温高压环境下，岩石难以破裂的深度，因此其发生机制长期以来一直是个谜。此外，部分俯冲板块在约660公里深度附近发生弯折，呈现出似乎在此处停滞的“板块停滞”现象，其原因此前同样不明确。
此前认为与这两种现象均存在关联的，是板块内部所含有的水。海洋板块在俯冲时，会像卷入海水一样将水带入内部。水具有促进地幔岩石内化学反应、使矿物软化的作用，因此有学者认为可以以此解释深源地震和板块停滞的发生。然而，水在地球深部如何迁移、对矿物产生何种影响，此前并未得到实验验证。
联合研究团队利用川井式多砧高压发生装置，进行了重现俯冲板块内部环境的高温高压实验，详细研究了矿物之间相互交换水的情况。
结果表明，在深度410～660公里的区域，板块内部的主要矿物被储存水的特殊矿物夺走水分而变得干燥，而在板块外侧，则因释放出的水而变得富水，也就是证实了，板块内部会形成含水量高低不均的分布。研究表明，由于这种水的重新分配，在板块中心部位，主要矿物发生高压相变并不断推进，形成细小矿物集合体，使得板块软化并发生大幅度变形的同时，可能诱发深源地震。另一方面，板块外侧因水的存在而强度降低、易于变形，发挥着促进板块整体的大幅度变形的作用。
这些结果可在一定程度上解释板块在深部停滞或弯折的现象。此外，研究还发现，在深度超过660公里的区域，不再发生这种水的交换，取而代之的是储水矿物发生急剧脱水反应。发生在约700公里最深处的深源地震，可能就是由这种急剧脱水反应所引发，为最深部深源地震的成因提供了新的机制解释。
本次研究表明，从“水的迁移”这一新视角，有望解释深源地震和板块停滞等地球深部现象。随着深源地震发生机制的进一步明确，有望为地震模型的构建和地震活动评估提供帮助。此外，随着决定板块以何种方式俯冲、在何处停滞的影响因素得以阐明，将大幅推动人类对地球内部物质循环以及地球演化过程的理解。相关成果已发表在《Nature Communications》上。
石井副教授表示：“本次成果是近五年来研究的集大成。我一直思考如何验证此前无法直接捕捉的‘矿物间水交换’行为，在逐步改变条件、反复实验的过程中终于找到了方法。当确信自己提出的假说得到了验证时，我的内心激动不已。如今已是AI可瞬间给出答案的便捷时代，但静下心深入思索、不断试错的研究有着其独有的乐趣。有些风景，唯有花费时间深思熟虑之后才能够看见，我认为这一过程正是科研的魅力所在。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Communications
论文：Water exchange process and bulk composition regulate slab dynamics and deep earthquakes
DOI：doi.org/10.1038/s41467-026-74842-y
