地幔过渡带是上地幔与下地幔之间的分界层，位于地表以下约 410-660 公里深度，其独特的矿物组成和热力学条件，使其成为理解地球演化、板块俯冲过程以及深部地球动力学的关键区域。近年来，岩石学、地球化学、地球物理学、大地电磁学和地球动力学等多学科综合研究表明，板块俯冲作用可能将沉积物连同携带的挥发分输送至地幔过渡带中，从而形成类似富集地幔 1（EM1）端元的潜在深部储库，并最终为板内岩浆的地幔源区提供补给。然而，目前关于EM1地幔端元中沉积物组分究竟来源于远洋沉积物还是陆源沉积物仍存在争议；此外，储存在地幔过渡带中的俯冲沉积物与挥发分如何与地幔端元建立具体联系尚不清楚，这在很大程度上限制了对俯冲物质（尤其是挥发分）深部再循环过程以及地幔不均一性形成机制的认识。
针对上述科学问题，中国科学院地球化学研究所与长江大学的研究人员联合国内外多家科研机构，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、Δ201Hg）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Δ199Hg和Δ201Hg，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。
综合已有多学科研究成果，研究人员提出，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，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. 汞同位素在深部地幔中的循环过程及EM1型板内火山形成示意图。
相关研究成果已于近期发表在《Nature Communications》期刊上，该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。
论文信息：Xu R*（徐荣）,Yin R（尹润生）,White WM，Bizimis M,Cai Y（蔡悦）,ZhangJB*（张军波）,Chen CF（陈春飞）,Tian ZD（田振东）,Ruan T（阮婷）,Li YB（李仪兵）,Zhang GL（张岗岚）,Liu L（刘亮）,Bai ZJ（柏中杰）,Zhou MF（周美夫）,Liu YS（刘勇胜）. Ancient storage of anomalous mercury isotope signatures in the Earth’s transition zone. Nature Communications 16,11714 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66917-z
（关键矿产室 徐荣/供稿）