海洋地殼熔融的指標─埃達克岩

岩漿除了拿來烤肉以外，岩漿冷卻以後所形成的岩石又能夠讓我們瞭解什麼樣的秘密呢？

之前讀者在看完《火山噴出一座島》後提出疑問，想瞭解Hunga Tonga火山的岩漿活動是否和埃達克岩有關？等等，什麼是埃達克岩啊？科學家們可以利用埃達克岩做些什麼樣的神祕調查咧？在小編經過多月的找資料以及閱讀吸收再消化哀嚎看不懂、逃避不想看和跪求救兵幫忙救援後，終於可以回答這個問題了。（謎之音：真的很久…）



什麼是埃達克岩？
埃達克岩（adakite）是一種根據岩石地球化學特徵所定義出的中酸性火成岩，泛指那些具有二氧化矽含量較高、高鍶/釔比值（Sr/Y）和高鑭/鐿比值（La/Yb）、重稀土元素濃度較低...等幾項特徵的火成岩。最簡單的辨認方式就是看岩石的稀土元素配分模式（REE pattern），埃達克岩會有重稀土（極度）虧損的現象（註一）。

埃達克岩很厲害嗎？它代表什麼意義呢？

有喔，超厲害的！

在隱沒帶，一般島弧（例如：日本、印尼）或火山弧（例如：安第斯山）地區的岩漿成因是由於隱沒的板塊受到越來越高的溫度和壓力，不斷釋出水分，這些水分跑到隱沒地殼上方的地函楔（楔形地函空間），會降低地函物質的熔點，使得地函楔中發生部份熔融並慢慢形成岩漿。

但是呢！

埃達克岩的地化特徵當然同樣反映岩漿成份，但是它們的岩漿成分卻比一般島弧的岩漿具有較低的重稀土元素含量，這說明了它的厲害之處了——形成埃達克岩的岩漿是源自隱沒帶中玄武岩質海洋地殼部分熔融！地殼這麼簡簡單單就能被熔融掉嗎？並沒有喔，在一般（隱沒帶）的地溫梯度下是沒有辦法讓隱沒的地殼部分熔融，也因此，埃達克岩通常不會大量的產出，只能在局部地方被發現。

圖一，隱沒帶示意圖，來源：wiki。

因為埃達克岩的特殊成因，它的出現可以幫助我們推測現今或過去地底下可能的構造環境。埃達克岩也常與金、銀、銅和錳等熱液和斑岩礦床伴生，若是找到埃達克岩也容易找到這些金屬礦床。除此之外，埃達克岩和地球早期才會形成的某種花岡岩具有類似的地球化學特徵，科學家們認為研究埃達克岩也許可以幫助瞭解太古宙時期地殼的增生模式。

什麼時候發現埃達克岩的呢？
1978年，康乃爾大學的岩石和地球化學家羅伯特‧凱（Robert Kay）在阿留申群島的埃達克島（Adak）發現了有點不太一樣的火山岩。

圖二，埃達克島位置，圖片來源：google Earth。

當羅伯特先生送埃達克島的樣本作地球化學分析後，發現這些樣本的微量元素組成與周遭地方有顯著不同，羅伯特眉頭一皺，發現事情並不單純，認為這些神秘的火山岩應該和其它典型聚合帶的島弧火山岩有著不一樣的形成過程。

直到1990年，迪馮（Defant）和德拉蒙德（Drummond）才解開羅伯特先生的困惑，迪馮和德拉蒙德蒐集許多來自各地的新生代島弧火成岩並統計分析，最後認為神秘火成岩的形成過程需要有夠年輕的海洋地殼（小於兩千五百萬年）隱沒，由於年輕海洋地殼溫度高，隱沒後才能發生部分熔融、生成岩漿，我們再從這些岩漿凝固形成的火成岩中看到這種特殊成因所造成的特殊地化訊號。最後，根據慣例，迪馮和德拉蒙德用發現地點來命名這些有著特殊地化訊號的岩石─埃達克岩（註二）。

東加海溝（Tonga Trench）為什麼會有埃達克岩？

後來的研究也發現，不只是年輕海洋地殼隱沒發生部分熔融，才會看到埃達克岩，在一些相對較老的海洋地殼隱沒地區也有機會找到埃達克岩，科學家們認為可能是因為特殊的地體構造環境，使得該處的地溫梯度升高，例如隱沒活動初期，以及隱沒板塊的撕裂（tear）、斷裂（breakoff；圖三），亦或隱沒的中洋脊所形成的板塊窗（slab window；圖四）等等對軟流圈開放的構造。

圖三，板塊斷裂過程之示意圖（Davies and von Blanckenburg, 1995）。

圖四，板塊窗示意圖（Thorkelson and Breitsprecher, 2005）。

在東加海溝的北側發現的埃達克岩，主要就是因為該處的板塊邊界正由板塊隱沒所形成的海溝轉變成轉形斷層，「板塊邊緣」（slab edge）撕裂，溫度高的地函由缺口上湧而直接加熱板塊邊緣，使得部分高壓變質的太平洋海洋地殼開始熔融，造成了埃達克岩。

圖五，拉烏─東加隱沒帶構造示意圖，灰塊區域為發現埃達克岩的位置（Falloon et al., 2008）。

結語
雖然目前沒有直接證據顯示在Hunga Tonga火山的岩漿活動是否和埃達克岩有關，但是以埃達克岩的形成機制來看，該處隱沒的太平洋海洋地殼年齡已老於兩千五百萬年，除非Hunga Tonga火山地底下有著特殊的地體構造，不然發現埃達克岩的機率應該不高。而且東加海溝北側發現埃達克岩的所在位置約為南緯15度，Hunga Tonga火山所在位置約為南緯20度，因此推測Hunga Tonga火山的岩漿活動和埃達克岩應該無關，待有岩石的地球化學分析結果報導，就能更直接的論證了。

註一：

埃達克岩岩漿是由高壓變質玄武岩（榴輝岩）部分熔融而成，而所謂高壓至少要高到使岩石中的長石轉變成石榴子石，大約是高達15kbar以上；將這麼高的壓力換算成地殼深度的話，大約是在50km以上的深度才有機會出現埃達克岩岩漿。而正由於礦物組成的變化，當高壓變質玄武岩（榴輝岩）發生部分熔融時，富含重稀土元素的石榴子石較為難熔，進而造成埃達克岩岩漿有重稀土虧損等獨特的地球化學特徵。

註二：

阿留申群島埃達克岩的形成原因，與迪馮和德拉蒙德所提出的解釋不盡相同。採集埃達克岩的地點，隱沒的海洋地殼大約是五千萬年，按照迪馮和德拉蒙德對年輕海洋地殼的定義，阿留申群島西部的海洋地殼的確是又老又冷，那怎麼會採集到具有埃達克岩特徵的樣本呢？目前科學家認為阿留申群島的埃達克岩形成原因應該是由於太平洋板塊在阿留申群島的西側開了個板塊窗（圖六），地函流通過板塊窗，加熱板塊邊緣，使老海洋地殼部分熔融，所以才能在老海洋地殼的隱沒帶找到埃達克岩的蹤跡。

圖六，今日阿留申群島西側地體構造的示意圖（Yogodzinski et al., 2001），北側為阿留申群島，西側為千島群島，隱沒的是太平洋板塊。太平洋板塊在阿留申群島西側開了個板塊窗，地函流由南向北通過板塊窗，加熱板塊邊緣，使深處的老海洋地殼部分熔融，在圖中70B-29處採集到埃達克岩。

＊特別感謝台大海洋所朱美妃老師與台大地質所吳宗叡同學幫忙內文修正

參考資料：

• Castillo, P. R. (2012). Adakite petrogenesis. Lithos, 134, 304-316. 
• Kay, R. W. (1978). Aleutian magnesian andesites: melts from subducted Pacific Ocean crust. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 4(1), 117-132. 
• Defant, M. J., & Drummond, M. S. (1990). Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted lithosphere. Nature, 347(6294), 662-665. 
• Falloon, T. J., Danyushevsky, L. V., Crawford, A. J., Meffre, S., Woodhead, J. D., & Bloomer, S. H. (2008). Boninites and adakites from the northern termination of the Tonga Trench: implications for adakite petrogenesis. Journal of Petrology, 49(4), 697-715. 
• 王焰,张旗,钱青. 埃达克岩(adakite)的地球化学特征及其构造意义. (2000). 地质科学. (2): 251-256. 
• Davies, J. H., & von Blanckenburg, F. (1995). Slab breakoff: a model of lithosphere detachment and its test in the magmatism and deformation of collisional orogens. Earth and Planetary Science Letters, 129(1), 85-102. 
• Thorkelson, D. J., & Breitsprecher, K. (2005). Partial melting of slab window margins: genesis of adakitic and non-adakitic magmas. Lithos,79(1), 25-41. 
• Yogodzinski, G. M., Lees, J. M., Churikova, T. G., Dorendorf, F., Wöerner, G., & Volynets, O. N. (2001). Geochemical evidence for the melting of subducting oceanic lithosphere at plate edges. Nature,409(6819), 500-504.