研究新进展地幕氧化还原状态

近日，中国科学院广州地球化学研究所副研究员高名迪与研究员王煜、中国科学院教授徐义刚、澳大利亚国立大学教授Stephen Foley合作揭示了再循环碳酸盐如何通过高温高压试验与超深金钢石包裹体成分进行对比研究，改变地幕氧化还原状态，对克拉通进化和深度碳循环的影响。《科学进步》发表了相关成果(Science Advances)。

地球挥发性成分的转移和储存对地球内部的氧化还原状态有重要影响，从而影响地球的长期宜居性。深层俯冲外壳物质可以将氧化成分携带到深层还原地幕，导致深层地幕氧逸度不均匀。但由于深层地幕样品稀缺，人们对深层氧化还原平衡机制的认识仍然有限。

研究小组使用9-21多面砧压机。 GPa在高压环境下进行了板碳酸溶体与含金属Fe地幔橄榄岩的反应试验，并与克拉通内的超深金钢石包裹体成分进行了比较分析，对不同氧逸度环境下的试验产物成分进行了比较分析。结果表明，不同克拉通的超硅石榴石和铁方镁石包裹体记录了不同的地幕氧化还原状态:南非卡普瓦尔(Kaapvaal)克拉通超深金钢石包裹体一般指示氧化地幕环境，而巴西亚马逊尼克拉通超深金钢石包裹体则反映了一个整体还原的地幕环境。

进一步将实验结论与板块重建相结合，研究团队认为，在这一过程中，地幕热状态起着关键作用:在非地幕柱环境下，板块碳酸溶体在恢复地幕反应过程中逐渐消耗，直至完全恢复冻结为金钢石和Fe-C金属相，因此地幕整体仍处于高度恢复状态。但在地幕柱的背景下，炭酸溶体与地幕的反应过程会诱发地幕成分溶解到溶体中，溶解的Fe3 成分可以缓冲碳酸盐的恢复和冻结过程，从而导致碳酸溶体在恢复地幕反应过程中稳定存在。当氧化碳酸溶体上升并迁移到克拉通根时，克拉通根的活性、岩石圈根的拆除和表面的膨胀将进一步诱发，以及大规模火山和二氧化碳的释放。

该研究提出了一个统一的模型，解释了俯冲碳在不同地幕热状态下氧化还原条件的调节路径，并指出该机制对克拉通稳定性和深碳循环具有重要意义。其研究结果不仅加深了对地幕氧化还原状态、克拉通稳定性差异和金钢石形成机制的认识，也为全球碳循环提供了新的视角。

上述研究得到了国家自然科学基金优秀青年项目、科技部重点R&D项目、中国科学院B类主导重点项目的联合资助。