俯冲带深部碳循环研究
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发布时间：2024-10-22 22:33
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时间：2024-11-21 13:28
揭示深部碳循环新机制：中国科研团队揭示俯冲带水-碳相互作用的关键
近日，中国科学院海洋研究所张国良研究团队的最新成果登上了国际权威期刊《地球物理研究：固体地球》(Journal of Geophysical Research: Solid Earth, Nature Index)，揭示了俯冲带深部环境中水与碳酸岩熔体的耦合循环，这一发现对于理解地壳与地幔间碳的迁移具有突破性意义。他们通过高温高压实验与热力学模拟相结合，首次揭示了俯冲带弧下含水碳酸岩熔体作为碳迁移的关键介质，挑战了传统观点。
俯冲带作为地球表面与深部碳交换的纽带，板块俯冲过程中的碳循环至关重要。过去的研究主要关注四种脱碳形式：变质脱碳、流体溶解脱碳、底辟作用和熔融脱碳。然而，板片在中等或冷俯冲带的熔融脱碳作用一直被限制在极热条件。张国良团队发现，蛇绿碳酸岩——富含水和碳的矿物，可能在俯冲带的水-碳循环中扮演关键角色，尽管其与沉积物和蚀变洋壳碳酸盐的循环机制尚待深入研究。
通过实验，他们厘定了蛇绿碳酸岩在2.5-6 GPa压力下的相平衡关系，揭示了固相线温度可以低至约800℃，压力增加时温度下降，固相线之上生成含水的碳酸岩熔体。同时，蛇绿碳酸岩的完全脱水温度比固相线温度低100℃，这意味着在脱水过程中需要外来流体参与。结合俯冲板片的热结构，蛇绿碳酸岩在地幔楔底部被拖曳过程中，会经历脱水并形成无水变质岩，然后在不同温度带的俯冲带，包括热、中等和冷带，水会引发熔融反应，生成含水碳酸岩熔体，从而影响碳的迁移路径。
研究还显示，蛇绿碳酸岩在俯冲过程中仅脱去挥发分，携带的水含量高、二氧化碳含量极低，这意味着大部分碳会被带入地幔深处。这一发现拓宽了对俯冲带脱碳过程的理解，表明含水碳酸岩熔体在碳的深层输送中起着核心作用（图4）。
论文第一作者陈伟博士，通讯作者张国良研究员，以及来自印度Thapar文理学院的Shantanu Keshav教授和河海大学彭卫刚博士共同合作，他们的工作得到了国家重点研发计划项目、中国科学院战略性先导科技专项等项目的大力支持。这些成果对于理解俯冲带碳循环过程以及碳脱去效率具有深远影响，为地球系统科学研究提供了新的视角。
相关论文链接如下：
1. Hydrous Carbonatitic Liquids in Subarc Region: A Coupled Cycling of Carbon and Water
2. Pervasive Hydrous Carbonatitic Liquids Mediating Carbon Transfer in Subduction Zones
3. Flux Melting of Subducting Carbonated Sediments: An Experimental Study
欲了解更多详情，敬请关注中国科学院海洋研究所的官方网站：http://www.cas.cn/
这一系列研究的创新性在于它将俯冲带脱碳过程与板片脱水紧密结合，揭示了地壳与地幔之间碳循环的全新动态，为地球深部环境的演化提供了深刻见解。
