科研人员发现俯冲带流体不混溶
2016/8/26 中科院之声

     和其他行星相比，地球的独特在于地球上存在不同尺度的挥发分碳、氮、硫的再循环。地球深部碳循环便是地球挥发分再循环的重要一节。由于地球的深部碳循环不仅关系着地球的深部动力学过程也关系着地球的气候演变，因此地球深部碳循环是当今国内以及国际研究的重大前沿科学问题之一。地球深部碳循环主要是通过碳在俯冲带的深俯冲以及地幔熔融和火山去气来实现。目前围绕地球深部碳循环存在两大问题: 一是俯冲过程中到底有多少碳被俯冲到深地幔中，又有多少碳从俯冲板片中再循环到地幔楔最终释放到浅层地表；另一大问题便是俯冲带中碳的循环机制是什么，即碳是以何种形式被俯冲到深地幔或又以何种形式再循环到地幔楔。最近几年的研究结果表明，俯冲板片中高达80%的碳可以再循环到地幔楔，但碳循环机制却一直是个未解之谜。

     俯冲带毫无疑问是地球深部最富集含水流体的场所，而且俯冲带中含水流体可能能够携带大量的俯冲板片碳进入地幔楔。但几十年以来，我们对俯冲带 C-H-O 流体的性质知之甚少，而且普遍认为地幔条件下 C-H-O 流体是完全混溶的，即地幔 C-H-O 流体是一个单一的流体相。高温高压实验是认识地球深部过程以及地球深部流体性质的一把钥匙，但受限于高温高压条件下流体实验的难度，我们对俯冲带 C-H-O 流体性质的认识一直迟迟没有进展。

     针对上述问题，在中国科学院先导专项(B)课题(XDB18020301)、中组部青年千人计划项目以及德国 Elite Network Bavaria (ENB)项目资助下，中国科学院广州地球化学研究所李元通过设计新的实验方案克服高温高压条件下流体实验的难点，首次在俯冲带条件下研究 C-H-O 流体的相关系。结果发现，在1.5-2.5 GPa(对应于地幔深度50-80Km)600-700oC、3wt% NaCl 存在以及石墨饱和的条件下，水和气体 CH₄⁺H₂、CO₂+CH₄以及CO₂ 是不混溶的。这推翻了40多年来人们一直认为地幔 C-H-O 流体是完全混溶的这一传统观点。另外，俯冲带 C-H-O 流体不混溶可能是俯冲带一种极其重要的碳循环机制。首先，俯冲带中富碳流体与富水流体的不混溶以及物理分离将导致富水流体与碳酸盐的剧烈反应，从而有利于俯冲板片去碳酸盐化。其次，俯冲板片中富碳流体的存在说明俯冲板片中大量的碳可能是以富碳流体的形式搬运到地幔楔中的。

     上述成果于8月10日发表在欧洲地球化学学会杂志 Geochemical Perspectives Letters 上。

    

     图1 高温高压下石英中合成的流体包裹体

    

     图2 合成流体包裹体的激光拉曼分析

     来源：中国科学院广州地球化学研究所

    

    

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