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香港中文大學（中大）地球系統科學課程的楊宏峰教授及其團隊，通過研究地球最深處—「挑戰者深淵」附近的速度結構和地震分布特徵，首次探測到在馬里亞納南部被俯衝板塊帶入地球內部的水量。由於俯衝板塊是水進入地球內部的主要通道，因此估算進入俯衝帶的水量對研究全球水和物質循環至關重要。該研究已於《地球物理研究通訊》上發表。

近年，「挑戰者深淵」吸引了無數科學家和探險者的密切關注，然而，其水深達10.9公里，極少有設備可以突破極端壓力，作近距離觀測。因此，位於馬里亞納海溝的「挑戰者深淵」仍然極為神秘。馬里亞納海溝是太平洋板塊向菲律賓海板塊下方俯衝而形成，呈鐮刀狀，具有許多特殊的構造特點，如古老而陡峭的俯衝板片、沒有大地震，以及分布甚廣的泥火山。

為揭開深海的奧秘，楊教授與國際團隊合作，對馬里亞納南段俯衝帶進行了一系列多學科實驗，包括物理海洋學、沉積物採樣、重磁測量、主動源和被動源海底地震儀（OBS）實驗。當中OBS可以測量海底震動，並用來探測地下結構。團隊於 2016 年底放置數十台國產 OBS在海底，並在半年後成功回收，成為世界上首次成功在「挑戰者深淵」附近進行的OBS實驗（圖 1）。

楊教授課題組博士後研究員、文章第一作者朱高華博士，利用被動源OBS數據提取地震和環境噪聲的信號，對馬里亞納南部的地下結構進行了地震成像。獲得的地震速度模型顯示俯衝板片有明顯的低速異常，可延深至地幔約25公里處，數據顯示馬里亞納南部俯衝板片攜帶有大量的水進入地球內部。在特定的溫度和壓力下，海水與岩石相互作用形成含水礦物（岩石水化），水因而被鎖入岩石中，隨著俯衝板塊進入地球內部，俯衝板塊外緣的拉張斷層為水進入地球內部提供了重要途徑（圖 2）。由於海平面一直保持相對穩定，進入地球的水通常伴隨火山爆發回到大氣層和海洋。在馬里亞納中部有一系列火山，因此部分水會由此返回。然而，馬里亞納南部卻沒有成熟的火山，說明俯衝板塊攜帶的水會被帶到地球的更深處，從而影響地底深處的物質成分和物質循環。

此項研究的合作機構包括中國科學院南海海洋研究所、中國科學院地質與地球物理研究所及聖路易斯華盛頓大學，並獲香港研究資助局的資助。除了馬里亞納，楊教授還研究了莫克蘭、卡斯卡迪亞和中美洲俯衝帶。2018 年，他參加了首次中國-巴基斯坦莫克蘭海溝的科學考察航次，進行大地震和海嘯的相關研究。