10月15日，记者从中国科学院海洋研究所获悉，该研究所张国良团队在中国南海极薄的岩石圈上鉴别出碳酸盐质熔体，以及这种熔体向碱性火山岩演化的现象，得出碳酸岩熔体易于在薄岩石圈出现的结论，并推断岩石圈厚度可能对碳酸岩熔体演化起到关键作用。此项研究揭示碳酸岩熔体在厚大洋岩石圈中的演化过程。

碳，不仅是构成生命的重要元素，也与环境和气候变化有着密切联系。地表系统和大气中的碳循环已经得到国内和国际上广泛重视和深入研究。近年来，越来越多的观测和模拟实验研究发现，地球深部(地幔/地核)也是一个重要的碳储库，并且很可能存储了地球上大部分的碳(>80%)。在地球演化和宜居地球形成过程中，地表和地球内部的碳交换可能起到了关键作用。一些重要的过程，如，地球上广泛分布的俯冲带是大洋板块携带地表碳(沉积、或生物碳酸盐)进入地幔的地方，在地球地质演化历史上，板块俯冲源源不断的将大洋地壳的碳带入地球内部。同时，地球上广泛存在的各种岩浆活动，可以优先将地球内部的碳(以CO2形式)带到地表系统，一般认为这些构成了深部碳循环的基本框架。然而，由于碳在不同温压环境的地球化学行为还不清楚，关于板块俯冲是否或多大程度上将地表碳带入地球内部、岩浆过程中的CO2来源和命运，以及CO2如何影响岩浆的成因和演化规律，都存在较大的未知或争议。这使得深部碳循环，以及地球不同圈层之间的碳交换成为目前亟待研究的重要内容。

为了进一步理解岩浆中碳的来源，以及岩石圈对碳酸岩熔体演化和喷出过程的影响，张国良团队对厚的太平洋岩石圈上的卡洛琳海山链火山岩开展了一系列详细的研究。

研究首次发现，碳酸岩熔体在厚的大洋岩石圈中经历了两个阶段演化。处于第一阶段演化的火山岩明显具有高稀土元素和亏损高场强元素的组成特征、很低的SiO2含量(~34 wt%)，这些火山岩在演化过程中逐渐失去大量稀土元素和高场强元素，SiO2含量明显逐渐升高。推断这个过程中岩浆发生了与岩石圈地幔之间的反应脱碳作用。这些碳酸岩熔体在演化过程中还结晶出大量钙钛矿(Nb2O5 达1.8 wt.%，La2O3达0.9 wt.%)、磷灰石(La2O3达0.5 wt%)和钛铁矿(Nb2O5达1.4 wt.%)。在第二阶段，当这些碳酸岩熔体穿过厚的大洋岩石圈时，最终脱碳并与岩石圈反应达到平衡，熔体会继续发生分离结晶和演化，但不再与岩石圈有明显的物质交换。

研究还发现，这些火山岩的地幔源区是碳酸盐化的辉石岩，符合大洋板块“俯冲-再循环”来源的洋壳熔融特征。根据原始岩浆高的CaO和橄榄石低的CaO计算，认为Ca在橄榄石中异常低的分配系数反映了CO2的影响，据此计算原始岩浆的CO2大约为10-15 wt%。这项研究对于认识地球深部的碳富集与板块俯冲之间的关系、岩浆过程中碳的地球化学行为、碳酸岩熔体在厚大洋岩石圈中的演化规律等，具有重要科学意义。(记者 王健高 通讯员 王敏)

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