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我国科学家首次在南海发现岩石圈“脱碳换骨”的秘密

       地幔是地球上最大的碳储存,它密封了地球上的大部分碳。通过海洋钻探,中国科学家首次在南海发现了岩石圈的秘密:南海地幔深处有一种高碳的新岩浆,可以在岩石圈的作用下脱碳,并不断转化为碱性玄武岩。

       地球是一个由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈等圈组成的整体,碳元素在这些圈之间循环。研究全球碳循环对于了解当前和未来大气圈的二氧化碳浓度和变化趋势至关重要,与人类生存的环境密切相关。

       中国科学家南海大洋钻探的新发现开启了揭示地球深碳循环的新窗口,将极大地促进深碳对岩浆活动和地表环境的影响。

我国科学家首次在南海发现岩石圈“脱碳换骨”的秘密

       据该研究负责人、中国科学院海洋研究所研究员张国良介绍,2014年第二次南海大洋钻探IODP 349航次中,“决心”号在南海深水海盆、约4000米深的海底,成功钻取到火山角砾。

       航行结束后,中外科学家合作对地球化学、同位素化学和矿物球化学、同位素化学和矿物学研究,证明了这是一种新型的碳酸质母岩浆,硅含量高。在这种岩浆从深层地幔上升并与岩石圈相互作用后,它变成了一种非常常见的碱性玄武岩。

       碳酸岩作为一种岩浆,在过去已经被科学家发现,但这些碳酸岩的硅含量很低,这与实验室计算的原始高硅碳酸岩相矛盾。因此,科学家们推测,也许发现的低硅碳酸岩浆不是直接产生在地幔中的,而是由富碳酸岩的母岩进化而来的。

       这种母岩浆只出现在实验室里。它是否真的存在于地球上一直是个谜。通过深入南海,首次发现硅含量高的碳酸盐母岩浆证明了科学家的猜测。张国良说:更重要的是,我们在南海首次发现的这种新型岩浆构成了从富硅碳酸岩到碱性玄武岩的持续变化,这是过去研究从未想过的事实:碱性玄武岩可以由碳酸岩母岩进化而成。

       他带领研究小组进一步推测,地球上可能有大量这种新型的母岩浆,但在岩浆上升并通过岩石圈后,它改变了碳,并将自己变成了一种非常常见的碱性玄武岩。岩石圈越厚,脱碳能力就越强。因此,通过去除大量的二氧化碳,岩石圈在防止二氧化碳迁出地表方面发挥了重要作用,就像保护人类生存的天然屏障一样。

       这一发现也表明,南海深处有一个异常的地幔区。碱性玄武岩广泛分布在全球海洋中,世界海山大多由碱性玄武岩组成。但南海是第一个发现碳酸质母岩浆的地方。世界上有多少碱性玄武岩来自这种碳酸质岩浆?这是一个涉及深碳循环和地球内外相互作用的重大科学问题。张国良说。

       业内专家认为,中国科学家在南海的最新发现对进一步了解二氧化碳在岩浆起源和进化中的作用也具有重要的科学意义。

       最近,国际知名学术期刊《自然地球科学》在线发布了南海海洋钻探的最新发现。该研究得到了中国科学院战略试点技术(海洋)和国家优秀青年科学基金的共同资助。

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