地球深部脱碳过程研究评述

李卓骐; 许成; 韦春婉

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.10.10

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (6) : 304 -319. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.10

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地球深部脱碳过程研究评述

李卓骐 ¹ ,
许成 ¹^,²^,^* ,
韦春婉 ¹

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Outgassing processes of carbon in deep Earth: A review

Zhuoqi LI ¹ ,
Cheng XU ¹^,²^,^* ,
Chunwan WEI ¹

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摘要

地球深部是一个巨大的碳库,含有地球98%以上的碳。在上地幔顶部,碳的主要存在形式是碳酸盐与CO₂。在一定的温度和压力条件下,它们可以降低地幔岩的固相线,参与地幔熔融过程,形成含碳的硅酸盐熔体或者碳酸盐熔体。含碳的熔流体是岩石圈地幔中碳迁移的重要形式,也是地球深源碳向地表释放的直接载体。碳酸盐熔体与碳酸盐化硅酸盐熔体在地幔中迁移、上侵过程中可能与橄榄岩发生反应,熔体分解并释放出CO₂。在地壳阶段,除了火山作用导致的脱气外,含碳熔体在上侵的过程中,减压导致熔体中CO₂溶解度降低,或者熔体与地壳岩石之间的脱碳反应也是CO₂释放的重要途径。地表碳可以随板块俯冲等作用进入地球深部,该过程与深源碳释放构成的深部碳循环过程是影响地球历史大气中碳含量与气候变化的重要因素。在现代冷板块俯冲过程中,碳释放的主要形式是俯冲板片释放的流体对板片中碳的溶解和迁移,大部分的俯冲碳能够进入地球深度。深部脱碳过程的复杂性使当前对地史时期深部碳释放的途径与对应的通量仍有争议,对不同脱碳作用的综合研究是进一步厘清地史时期碳释放的重要依据。因此,本文系统地总结了深部碳循环过程中不同脱碳作用与其识别标志,并以华北克拉通东缘中生代脱碳过程为例,探讨了深源碳释放对于古环境变化的指示意义。