近日，我院肖益林教授研究团队在大陆俯冲带碳循环方面取得了重要进展。通过对中国大别山地区的碰撞后镁铁质岩浆岩进行了深入的熔/流体包裹体和镁同位素研究，团队揭示了大陆俯冲带中碳循环的关键过程和细节。相关研究成果以“Carbon-rich polyphasic inclusions in postcollisional mafic magmatic rocks from the Dabie Shan, China: Implications for the carbon cycle in continental subduction zones”为题发表在国际知名期刊《Geological Society of America Bulletin》上。

研究发现，这些岩浆岩中的主要造岩矿物（橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和角闪石）含有两种不同类型的包裹体，这两类包裹体在子矿物和气体类型上表现出系统性差异。Type-1包裹体主要由寄主矿物型子矿物±碳酸盐（菱镁矿、白云石和方解石）+ CH₄组成（图1a1-d1），而Type-2包裹体主要由碳酸盐+滑石±SiO₂ (a.q.) + CH₄组成（图1a2-d2）。研究人员认为，这两类包裹体分别代表了地幔部分熔融初始形成的混溶硅酸盐熔体+CHO岩浆流体沿“熔体路径”和“流体路径”演化后的产物（图2a）。

图1. 主要造岩矿物中多相包裹体的Raman面扫结果

两类包裹体中均具有高含量的碳酸盐和CH₄表明这些镁铁质岩浆岩的源区（造山带岩石圈地幔楔）含有丰富的碳，并主要以CO₂和CH₄的形式存在。结合全岩的Li-Mg同位素组成，研究人员提出了在大陆俯冲带存在一种重要的碳循环介质，即硅酸盐熔体溶解CO₂和CH₄，这种介质可以有效迁移陆壳来源的碳进入地幔楔。

综合大别山碰撞后镁铁质岩浆岩的形成背景，研究团队认为，深俯冲的大陆地壳在弧下深度发生变质脱水和部分熔融，生成硅酸盐熔体，并释放大量的碳。这些陆壳来源的CO₂和CH₄可以通过溶解在硅酸盐熔体的形式，转移到地幔楔中。最终，这些再循环陆壳中的碳可以在在造山带岩石圈地幔中储存上百万年，再通过碰撞后岩浆作用重新释放至地表（图2）。

图2. 大陆俯冲带碳循环机制图。

本文第一作者为我院谭东波特任副研究员，通讯作者为肖益林教授。该项工作受到国家自然科学基金（42230304, 42302050）、国家重点研发计划（2018YFA0702701）和中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB41000000）的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1130/B37103.1