板块俯冲——大洋板块向地幔深处插入的过程——是地球圈层间物质与能量交换的核心通道。

这一过程如何影响地球演化与宜居性，始终是地球科学的前沿命题。钾（K）在地壳中的丰度约为地幔的100倍，其同位素体系因此被视为示踪俯冲带壳幔物质循环的独特地球化学指标，然而，钾同位素在陆壳俯冲体系中的研究长期处于空白，典型俯冲带物质循环的示踪实例也极为匮乏。

中国科学院海洋研究所研究团队近期在这一领域取得系统性突破。相关成果的两篇论文同期发表于国际地球化学权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。

研究的第一部分聚焦大别造山带，团队对陆壳成因的榴辉岩及高压变质脉体开展了系统的钾同位素分析。结果显示，大别造山带花凉亭和港河榴辉岩的钾同位素组成（δ⁴¹K为-0.93‰至-0.47‰，平均-0.71‰）显著轻于大陆地壳，与洋壳成因榴辉岩相近。δ⁴¹K值与变质脱水指标（如K/Nb比值）呈明显相关性，结合定量模拟，研究确认俯冲变质脱水是导致榴辉岩轻钾同位素的主因。

更值得关注的是高压变质脉体，其钾同位素组成（δ⁴¹K为-2.81‰至-0.48‰）极轻，部分样品呈现出目前已知俯冲带样品中最轻的钾同位素特征。定量模拟排除了扩散作用的影响，结合花凉亭角闪岩的重钾同位素特征（δ⁴¹K为-0.45‰至-0.11‰），研究指出板片流体演化过程中的钾同位素分馏是主控因素。这是国际上首次系统揭示大陆俯冲带钾同位素地球化学行为的工作，表明再循环的陆壳物质具有轻钾同位素特征。

研究第二部分将视角转向西北太平洋勘察加半岛。俯冲带岛弧岩浆记录了板块俯冲过程中的壳幔物质循环，但岛弧岩浆的地幔源区通常受多个板片组分共同影响，精细刻画不同组分的贡献长期是难题。团队选取勘察加穿弧剖面（长约200 km）的岛弧岩石，系统开展钾同位素组成研究。

结果发现，勘察加岛弧岩石的钾同位素组成总体上重于亏损地幔，其中岛弧前缘岩石表现出显著偏重的钾同位素特征，指示俯冲带流体交代作用的存在；中部岛弧火山区域的重钾同位素组成与氧同位素呈正相关，暗示该区域存在再循环海山物质的贡献。综合钾同位素特征，团队成功识别出了岛弧岩浆地幔源区中存在再循环的板片流体、海山物质及板片熔体多种组分，揭示了俯冲带弧下深度地壳物质再循环的机制与演化过程。

两项研究形成了完整闭环：俯冲带变质脱水作用释放富集重钾同位素的流体，残余板片则富集轻钾同位素。基于穿弧剖面岛弧岩石的钾同位素变化规律，研究进一步揭示了俯冲带不同深度地壳物质再循环的机制。这一突破不仅填补了陆壳俯冲钾同位素研究的空白，也为利用钾同位素示踪俯冲带壳幔物质循环提供了新的理论依据和实证支持。