我国科学家首次在南海发现岩石圈“脱碳换骨”的秘密

  

  地幔是地球上最大的“碳储库”,封存了地球上绝大部分的碳。通过大洋钻探,我国科学家首次在南海发现岩石圈“脱碳换骨”的秘密:南海地幔深部存在一种高度富碳的新型岩浆,可在岩石圈的作用下“脱碳”,连续转化为碱性玄武岩。

  地球是由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈等圈层有机组成的一个整体,碳元素在这些圈层之间循环运动。研究全球碳循环,对于理解现今及未来大气圈层的二氧化碳浓度及变化趋势至关重要,与人类赖以生存的环境息息相关。

  我国科学家南海大洋钻探的这一新发现,打开了揭秘地球深部碳循环一扇新的窗户,将大大推动有关深部碳对岩浆活动、地表环境的影响等相关研究。

  据这项研究负责人、中国科学院海洋研究所张国良研究员介绍,2014年,在第二次南海大洋钻探IODP 349航次中,“决心”号在南海深水海盆、约4000米深的海底,成功钻取到火山角砾。

  航次后,中外科学家合作对这些珍贵样品进行了地球化学、同位素化学和矿物学的深入研究,证明了这是一种新型的、硅含量很高的碳酸质母岩浆。这种岩浆从深部地幔上升并和岩石圈相互作用后,脱“碳”换骨,就变成了很常见的碱性玄武岩。

  碳酸岩作为一种岩浆,过去早已被科学家发现过,但这些碳酸岩的硅含量很低,与实验室里推算的原始高硅碳酸岩岩浆是矛盾的。因此,科学家推测:也许已发现的低硅碳酸岩岩浆并不是地幔直接产生的,而很可能是由富碳酸岩的母岩浆演化而成的。

  “这种母岩浆只在实验室里出现过,到底是否真实存在于地球上,一直是个谜。通过在南海深部钻探,首次发现硅含量很高的碳酸盐母岩浆,证明了科学家的推测。”张国良说,“更为重要的是:我们在南海首次发现的这种新类型岩浆,构成了一个从富硅碳酸岩至碱性玄武岩的连续变化,出现了一个过去研究从未想到的事实:碱性玄武岩可以由碳酸岩母岩浆演化而成。”

  他带领课题组进一步推测认为,地球内部可能存在大量这种新类型的母岩浆,只是这种岩浆上升并经过岩石圈后,脱“碳”换骨,把自己变成了很常见的碱性玄武岩。而且,岩石圈越厚,脱碳能力就越强。因此,通过脱去大量二氧化碳,岩石圈起到了阻止二氧化碳迁出地表的重大作用,仿佛一道“天然屏障”,保护了人类赖以生存的地表环境。

  这一发现还表明南海深部存在一个异常的地幔区域。“碱性玄武岩在全球大洋中分布十分广泛,全球海山大多由碱性玄武岩组成。但南海是第一个发现碳酸质母岩浆的地方,全球有多少碱性玄武岩是来自这种碳酸质岩浆?这是一个涉及深部碳循环以及地球内、外相互作用的重大科学问题。”张国良说。

  业内专家认为,我国科学家在南海的这项最新发现,对于进一步认识二氧化碳在岩浆起源和演化中的作用,也具有重要科学意义。

  近日,国际知名学术期刊《自然—地球科学》已在线刊登了这项南海大洋钻探的最新发现。该项研究得到中国科学院战略性先导科技专项(海洋专项)和国家优秀青年科学基金的共同资助。

  来源:http://tech.sina.com.cn/d/i/2017-02-13/doc-ifyameqr7461614.shtml