新聞動態(tài)楊春等-EPSL：東亞大地幔楔碳循環(huán)的定量研究及其氣候效應(yīng)
?西太平洋板塊向東亞大陸深俯沖并滯留在地幔過渡帶，形成了規(guī)模宏大的東亞大地幔楔。近年來，諸多地球化學(xué)示蹤及地球物理觀測數(shù)據(jù)均表明，東亞大地幔楔是一個富集再循環(huán)碳的深部儲庫。自白堊紀(jì)東亞大地幔楔形成以來，全球氣候經(jīng)歷了從“溫室”向“冰室”的轉(zhuǎn)變，其背后是大氣CO2濃度的長期下降。傳統(tǒng)觀點強調(diào)該時期大陸風(fēng)化作用增強等表層作用對大氣CO2消耗的影響，但古地理重建模型顯示，該時期固體地球去氣通量的減少對于大氣CO2下降的推動作用同樣不容小覷。那么，東亞大地幔楔的發(fā)育是否影響了大氣CO2 濃度并驅(qū)動長期氣候變化？其碳儲庫規(guī)模及循環(huán)通量是破解這一問題的關(guān)鍵，但是一直缺少定量約束。
圖1：東亞大地幔楔及板內(nèi)玄武巖（EAIB）原始巖漿碳含量對比
圖2：蒙特卡洛模擬恢復(fù)東亞大地幔楔源區(qū)碳含量
?針對以上科學(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后楊春在博士導(dǎo)師中國地質(zhì)大學(xué)（北京）劉盛遨教授和博士后導(dǎo)師中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所李洪顏研究員共同指導(dǎo)下，收集整合了東亞地區(qū)板內(nèi)玄武巖（EAIB）的主微量元素及Zn同位素數(shù)據(jù)，并運用基于實驗巖石學(xué)的熔體CO2 濃度恢復(fù)方法，系統(tǒng)計算了EAIB原始巖漿的CO2 含量（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，EAIB的Zn同位素組成（δ66Zn）與CO2含量、Ca/Al比值等地球化學(xué)指標(biāo)存在顯著的相關(guān)性，指示EAIB形成于輝石巖熔體與富碳地幔熔體的混合（圖2a）。通過構(gòu)建“先熔融后混合”的蒙特卡洛模型，本研究首次定量估算出東亞大地幔楔的平均碳含量為297±118?μg/g，該值約為正常對流地幔的三倍（圖3）。這一結(jié)果為東亞大地幔楔是一個規(guī)模宏大的碳儲庫提供了直接證據(jù)。
圖3：東亞大地幔楔平均碳含量與其他深部儲庫對比
?同時，基于Gplates古地理重建模擬，本研究恢復(fù)了1.45億年以來西太平洋俯沖帶的演化歷史。結(jié)果顯示，西太平洋深部俯沖碳進入大地幔楔的通量存在兩個明顯的高峰期，分別位于約130 Ma和52 Ma?（圖4）。這兩次俯沖碳輸入高峰與EAIBs火山活動的大規(guī)模爆發(fā)之間存在一個約 26 Ma的顯著時間延遲。這一滯后效應(yīng)表明，被輸送至地幔深部的碳并不能被快速、有效地通過火山作用釋放回大氣。相較于弧巖漿，東亞板內(nèi)玄武巖的噴發(fā)頻率及通量顯著偏低，這種低效的深部碳循環(huán)過程，使得東亞大地幔楔在全球碳循環(huán)中扮演長期、穩(wěn)定的深部碳匯角色。這種由大地幔楔發(fā)育而驅(qū)動的固體地球去氣通量降低，是解釋白堊紀(jì)以來全球氣候變冷的一個重要補充機制（圖4）。
?該成果于近日發(fā)表在地球科學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Earth?and Planetary Science Letters》上，本研究得到國家自然科學(xué)基金項目（42425304），國家重點研發(fā)項目（2022YFF0801002），國家資助博士后項目（GZB20230763; 2023M743505）等資助。
圖4：古地理重建模擬東亞大地幔楔俯沖碳通量變化?
文章信息：Yang, C.?(楊春), Liu, S.-A.* (劉盛遨), Li, H.-Y.* (李洪顏), Xu, Y.-G.?(徐義剛), 2025. Deep carbon sink in the East Asian mantle and its impact on atmospheric CO2?drawdown since the Cretaceous. Earth and Planetary Science Letters?667, 119541. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119541
