我國科學家首次在南海發現岩石圈「脫碳換骨」的秘密

地幔是地球上最大的「碳儲庫」，封存了地球上絕大部分的碳。通過大洋鑽探，科學家首次在南海發現岩石圈「脫碳換骨」的秘密：南海地幔深部存在一種高度富碳的新型岩漿，可在岩石圈的作用下「脫碳」，連續轉化為鹼性玄武岩。

地球是由大氣圈、水圈、生物圈、岩石圈等圈層有機組成的一個整體，碳元素在這些圈層之間循環運動。研究全球碳循環，對於理解現今及未來大氣圈層的二氧化碳濃度及變化趨勢至關重要，與人類賴以生存的環境息息相關。

科學家南海大洋鑽探的這一新發現，打開了揭秘地球深部碳循環一扇新的窗戶，將大大推動有關深部碳對岩漿活動、地表環境的影響等相關研究。

據這項研究負責人、科學院海洋研究所張國良研究員介紹，2014年，在第二次南海大洋鑽探IODP349航次中，「決心」號在南海深水海盆、約4000米深的海底，成功鑽取到火山角礫。

航次后，中外科學家合作對這些珍貴樣品進行了地球化學、同位素化學和礦物學的深入研究，證明了這是一種新型的、硅含量很高的碳酸質母岩漿。這種岩漿從深部地幔上升並和岩石圈相互作用后，脫「碳」換骨，就變成了很常見的鹼性玄武岩。

碳酸岩作為一種岩漿，過去早已被科學家發現過，但這些碳酸岩的硅含量很低，與實驗室里推算的原始高硅碳酸岩岩漿是矛盾的。因此，科學家推測：也許已發現的低硅碳酸岩岩漿並不是地幔直接產生的，而很可能是由富碳酸岩的母岩漿演化而成的。

「這種母岩漿只在實驗室里出現過，到底是否真實存在於地球上，一直是個謎。通過在南海深部鑽探，首次發現硅含量很高的碳酸鹽母岩漿，證明了科學家的推測。」張國良說，「更為重要的是：我們在南海首次發現的這種新類型岩漿，構成了一個從富硅碳酸岩至鹼性玄武岩的連續變化，出現了一個過去研究從未想到的事實：鹼性玄武岩可以由碳酸岩母岩漿演化而成。」

這一發現還表明南海深部存在一個異常的地幔區域。「鹼性玄武岩在全球大洋中分佈十分廣泛，全球海山大多由鹼性玄武岩組成。但南海是第一個發現碳酸質母岩漿的地方，全球有多少鹼性玄武岩是來自這種碳酸質岩漿？這是一個涉及深部碳循環以及地球內、外相互作用的重大科學問題。」張國良說。

業內專家認為，科學家在南海的這項最新發現，對於進一步認識二氧化碳在岩漿起源和演化中的作用，也具有重要科學意義。

近日，國際知名學術期刊《自然—地球科學》已在線刊登了這項南海大洋鑽探的最新發現。該項研究得到科學院戰略性先導科技專項（海洋專項）和國家優秀青年科學基金的共同資助。