近日，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所副研究員高名迪與研究員王煜、中國科學(xué)院院士徐義剛以及澳大利亞國立大學(xué)教授Stephen Foley合作，通過高溫高壓實(shí)驗(yàn)與超深金剛石包裹體成分對比研究的方法，揭示了再循環(huán)碳酸鹽如何改變地幔氧化還原狀態(tài)，以及其對克拉通演化和深部碳循環(huán)的影響。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）。

地幔氧化還原狀態(tài)對地球內(nèi)部揮發(fā)組分的遷移與儲存具有重要影響，進(jìn)而影響地球長期宜居性。深俯沖洋殼物質(zhì)可將氧化組分?jǐn)y帶進(jìn)入深部還原地幔，進(jìn)而導(dǎo)致深部地幔氧逸度高度不均一。然而，由于深部地幔樣品稀缺，使得人們對深部氧化還原平衡機(jī)制的理解依然有限。

研究團(tuán)隊(duì)利用多面砧壓機(jī)在9-21 GPa高壓條件下開展了板片碳酸質(zhì)熔體與含金屬Fe地幔橄欖巖的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，并將不同氧逸度條件下實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物成分與克拉通內(nèi)超深金剛石包裹體成分進(jìn)行了對比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同克拉通內(nèi)超硅石榴子石和鐵方鎂石包裹體記錄了顯著不同的地幔氧化還原狀態(tài)：南非卡普瓦爾（Kaapvaal）克拉通超深金剛石包裹體整體指示了氧化的地幔環(huán)境，而巴西Amazonia克拉通內(nèi)超深金剛石包裹體則反映了一個整體還原的地幔環(huán)境。

進(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與板塊重建工作結(jié)合，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為地幔熱狀態(tài)在該過程中起到了決定性作用：在非地幔柱條件下，板片碳酸質(zhì)熔體在與還原地幔反應(yīng)過程中被逐漸消耗直至完全被還原凍結(jié)為金剛石及Fe-C金屬相，因此地幔整體仍保持高度還原的狀態(tài)。而在地幔柱背景下，碳酸質(zhì)熔體與地幔的反應(yīng)過程會誘發(fā)地幔組分溶解至熔體中，其中溶解的Fe³⁺組分會緩沖碳酸鹽的還原凍結(jié)過程，進(jìn)而導(dǎo)致碳酸質(zhì)熔體在與還原地幔反應(yīng)的過程中穩(wěn)定存在。當(dāng)氧化的碳酸質(zhì)熔體上升遷移至克拉通根之后，會進(jìn)一步誘發(fā)克拉通根活化、巖石圈根拆沉與地表隆升、以及大規(guī)模火山作用和二氧化碳釋放。

該研究提出了一種統(tǒng)一模型，解釋了俯沖碳在不同地幔熱狀態(tài)下對氧化還原條件的調(diào)控路徑，并指出這種機(jī)制對克拉通穩(wěn)定性與深部碳循環(huán)具有關(guān)鍵意義。其研究結(jié)果不僅加深了對地幔氧化還原狀態(tài)演化、克拉通穩(wěn)定性差異及金剛石形成機(jī)制的理解，也為全球碳循環(huán)提供了新視角。

上述研究得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

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