中国科大揭示大陆俯冲带深部碳循环新机制：碳质流体是关键驱动者

  碳作为地球系统中最重要的挥发分元素之一，在地球宜居性演化、全球尺度的气候与生物事件以及金属矿床形成过程中均发挥着关键作用。板块俯冲作用是驱动地球表层—深部之间碳循环的核心地质过程之一。然而，大陆地壳中的碳在俯冲过程中如何向地幔迁移，长期以来缺乏直接的地质证据和可靠的定量约束。近日，我院肖益林教授团队在大陆俯冲带深部碳循环研究方面取得重要进展。研究团队在大陆俯冲带代表性样品中识别出由板片脱碳反应产生的碳质流体（carbonic fluids），并揭示出其在促进地壳碳向地幔输移过程中的关键作用。相关成果以题为“Carbonic Fluids Drive Continental Carbon Cycling as Revealed by the Geochemistry of the Eclogite-Garnet Peridotite Interface”发表于最新一期国际地球科学顶级期刊Geophysical Research Letters上。

研究团队选择中国大陆科学钻探工程（CCSD）在苏鲁造山带获取的高质量岩芯样品，通过系统开展全岩与矿物主量、微量元素及Mg同位素分析，成功在榴辉岩—石榴橄榄岩接触界面识别到一类具有轻Mg同位素组成、且富集Ca、Mg、Sr及稀土元素的碳质流体活动记录（图1）。结合矿物温压计计算与热力学模拟，证实这些碳质流体来源于俯冲大陆板片在高压高温条件下发生的脱碳反应，为揭示深部碳迁移过程提供了直接而关键的证据。

图1 CCSD榴辉岩—石榴橄榄岩接触界面的主微量元素、Mg同位素组成，以及界面中单斜辉石的主微量元素特征。

  在此基础上，研究团队建立了深部碳迁移的定量模型，发现大陆俯冲向地幔输送碳的效率与洋壳俯冲相当：约50%的陆壳碳在俯冲过程中经脱碳作用释放并迁移至地幔楔，其余部分则随板片继续俯冲输送至深部地幔。与大洋俯冲带频繁的火山活动不同，大陆俯冲带的火山作用相对微弱，使得再循环的地壳碳更易在地幔中长期滞留，从而使陆壳俯冲成为一个被显著低估的地球长期碳汇。本研究为认识地球深部碳循环及其对地质年代尺度上大气CO₂的调控机制提供了全新视角。

  论文第一作者为中国科学技术大学特任副研究员谭东波博士，通讯作者为肖益林教授。中国科学技术大学为第一完成单位，合作单位包括北京大学、牛津大学及合肥工业大学。该研究获得国家自然科学基金重点项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1029/2025GL119364