总访问量：
刘呈一泓,Nov. 29, 2022
挥发分(Volatile)在地球圈层演化中扮演重要角色。在俯冲带，挥发分与弧岩浆的运移、储存、喷发密切相关，在地球壳幔物质循环与环境演化扮演重要作用。而在壳内岩浆作用中，挥发分显著控制了岩浆储存的深度、影响岩浆去气的程度和速率、进而影响岩的粘度以及喷发形式（Zellmer et al., 2015）。岩浆不同的喷发形式能显著影响火山灾害的程度和短期气候环境变化。因此有必要研究穿地壳岩浆系统中挥发分的来源、运移形式、出溶方式等。
在岩浆系统中，挥发分泛指除硅酸盐熔体之外的流体（诸如H2O、HCl等）、气体（诸如CO2，SO2等）的集合(Edmonds and Wallace., 2017)。挥发分在岩浆演化的各个阶段都有出现，它们随压力的变化会逐渐从硅酸盐熔体中出溶。目前对岩浆挥发分的出溶方式可以分为两类模型：（1）减压作用（又称一次沸腾），代表随着压力的减少，体系的气体分压降低，流体由于低密度和粘度与硅酸盐熔体和晶粥体发生分离；（图1a）（2）结晶作用（又称二次沸腾）,代表由于晶粥体温度的降低的结晶度的增加，存在粒间的富水流体与硅酸盐熔体发生出溶，由于其密度较低，会逐渐脱离硅酸盐熔体（晶粥体）体系(Edmonds and Woods, 2018)。（图1b）。这些出溶的挥发分造成硅酸盐熔体体积的降低，进而提高岩浆的可压缩性，促进岩浆的混合（Woods and Cowan, 2009）。
火山去气是挥发分成分研究最直接的手段。目前全球各个地区的研究者已经对处于活跃期或休眠期的火山进行了系统的火山去气的研究。主要的手段是火山口附近的观测站，通过长期观察火山口上方的气体成分变化和量，进而对单一火山口的去气进行定量估算。但目前对于挥发分的来源，挥发分的运移机制以及其对火山活动具体的影响仍存在争议。
.png)
图1.“一次沸腾”代表减压出溶（a），“二次沸腾”代表结晶出溶(b)。
通过对全球不同构造位置和处于不同时期（活跃期，休眠期、静止期）的火山去气进行统计和观察，Edmonds等人（2022）发现开放喷口式的火山可以在静止期持续释放挥发分，并且这类火山口的气体占了全球SO2的90%以上（图2）。而单一岩浆房的去气量难以耦合观测到的大量的去气作用（诸如苏弗里埃尔火山），因此火山去气（挥发分的来源）一定不是单一岩浆房的去气作用，而是来自多阶段的挥发分的供给。目前对挥发分的供给也有两种形式：（1）对流补给，但是对流补给难以解释岩浆粘度和火山通道半径相关性的缺乏，此外岩浆粘度的升高也会阻碍通道中挥发分的运移。（2）包含深部和浅部来源的独立流体相补给，深部岩浆可能带来热量，而去气的岩浆可以分布在穿地壳岩浆系统的各个深度。
图2.全球各个地区不同成分火山去气对SO2的贡献
Edmonds等（2022）统计全球火山气体后发现，火山气体的成分显现很大的变化，很有可能是不同深度流体的混合的结果（图3）。进一步的模拟研究表明深部流体可能更加富集CO2和Cl，而浅部流体更富集H2O和S。这是由于压力对S和Cl的分配行为的强烈改变。而对于岩浆演化的时间尺度，早期流体更富CO2和Cl，晚期流体更富H2O和S。因此综合以上因素，一次沸腾和二次沸腾对火山不同阶段去气的贡献可能发生变化。混合模拟显示深部岩浆流体对岩浆成分更加演化的火山去气的相对贡献应该更大。超长周期地震信号、深长周期地震信号、区域应变信号等地球物理工作也可以为地壳内的岩浆流体运移提供证据。这类火山也同样出现在伸展构造背景下的环境。持续的火山去气需要来自不同深度岩浆出溶流体的持续供给，暗示长期的岩浆作用，通常与俯冲带相关。
图3.全球火山气体的成分变化
高分异花岗岩被认为是未喷发的富硅的火山岩，其形成过程中可能聚集有深部岩浆流体。高分异花岗岩通常与LCT型矿床、Nb-Ta矿密切相关，具有重要的经济价值。前人对可可托海3号伟晶岩脉内部不同带产出的磷灰石和蚀变围岩均显示M型REE四分组效应，可能推测是流体汇聚而非出溶的结果。这种多来源的流体的汇聚能够携带穿地壳岩浆系统中各个岩浆房或晶粥体内的稀有金属，进而形成富矿的伟晶岩。金属稳定同位素（诸如Ba同位素）可能在类似的过程中具有示踪流体来源的潜力。
参考文献：
Edmonds, M. and Woods, A.W. (2018) Exsolved volatiles in magma reservoirs. Journal of Volcanology and Geothermal Research 368, 13-30.
Edmonds, M. and Wallace, P.J. (2017) Volatiles and Exsolved Vapor in Volcanic Systems. Elements 13, 29-34.
Edmonds, M., Liu, E.J. and Cashman, K.V. (2022) Open-vent volcanoes fuelled by depth-integrated magma degassing. Bulletin of Volcanology 84.
Woods, A.W., Cowan, A., 2009. Magma mixing triggered during volcanic eruptions. Earth Planet. Sci. Lett. 288 (1), 132–137.
Zellmer, G.F., Edmonds, M. and Straub, S.M. (2015) Volatiles in subduction zone magmatism. Geological Society, London, Special Publications 410, 1-17.
你必须登录之后才可以参与讨论。