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IODP349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。
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