地球内部正在吞噬比想象中更多的碳 – 将其困在深处

来自剑桥大学和新加坡南洋理工大学的科学家们发现，构造板块的缓慢碰撞正在将更多的碳拉入地球内部，这比以前想象的要多。

他们发现，在俯冲带——板块碰撞并沉入地球内部——被吸入地球内部的碳往往远离深度，而不是作为火山排放物出现。

他们的发现发表在 自然联系，表明火山链下循环的约三分之一的碳通过循环返回到地表，这与之前认为落下的大部分返回地表的理论相反。

应对气候变化的一种解决方案是找到减少二氧化碳量的方法₂ 在地球的大气层中。 通过研究地球深处碳的行为，碳占地球上大部分碳，科学家们可以更好地了解地球上碳的整个生命周期，以及它如何在大气、海洋和地表生命之间流动。

碳循环中最易理解的部分位于或靠近地球表面，但深层碳储存通过调节大气中的二氧化碳，在维持我们星球的宜居性方面发挥着关键作用。₂ 水平。 “我们目前对地表碳库及其之间的流动有了相对较好的了解，但我们对地球内部碳库知之甚少，这些碳库在数百万年间循环碳，”负责这项研究的主要作者斯特凡法桑说。 剑桥大学地球科学系博士生。

有多种方式可以将碳释放回大气中（例如二氧化碳₂但是只有一条路径可以返回地球内部：通过板块俯冲。 在这里，表面碳，例如贝壳和微生物的形式，它们可以捕获大气中的二氧化碳₂ 在它们的壳中，它们被引导到地下。 科学家们认为，这些碳中的大部分随后以二氧化碳的形式返回大气₂ 来自火山的排放。 但这项新研究表明，在俯冲带中被吞噬的岩石中的化学反应会捕获碳并将其送入地球内部更深处——阻止其中一些返回地球表面。

该团队在欧洲同步加速器辐射设施进行了一系列实验，“ESRF 拥有世界领先的设施和我们获得结果所需的专业知识，”合著者、新加坡南洋理工大学理学院院长 Simon Redfern 说。 “该设施可以在我们感兴趣的高压和高温条件下测量非常低浓度的这些金属。” 为了复制喷发区域的高压和高温，他们使用了热的“金刚石砧”，通过将两个小金刚石砧压在样品上来实现极端压力。

这项工作支持了越来越多的证据，即碳酸盐岩与白垩具有相同的化学成分，当深入地幔时，其钙含量较低，而镁含量较高。 这种化学位移使碳酸盐的溶解度降低——这意味着它们不会被提供火山的流体所吸引。 相反，大多数碳酸盐沉入地幔深处，最终可能会变成钻石。

“在这个领域还有很多研究要做，”Varsang 说。 “未来，我们的目标是通过研究碳酸盐在更宽的温度、压力范围和许多流体成分中的溶解度来改进我们的估计。”

这些发现对于理解碳酸盐形成在我们的气候系统中的作用也很重要。 我们的结果表明，这些矿物质非常稳定，绝对可以捕获 CO₂ Redfern 说。该团队正在考虑使用类似的方法来捕获将二氧化碳转移到大气中的碳。₂ 在岩石和海洋中储存。

这些结果还将帮助我们更好地了解在大气层外的固体地球中封存碳的方法。 如果我们能够以比大自然更快的速度加速这一过程，它可能成为帮助解决气候危机的途径，”雷德芬说。

参考：“深碳循环受碳酸盐溶解度的限制”，作者：Stephane Farsang、Marion Lovell、Chushuai Zhao、Mohamed Mezouar、Angelica Rosa、Remo N. Widmer、Xiaoli Feng、Jin Liu 和 Simon AT Redfern，7 月 14 日， 2021， 自然联系.
DOI：10.1038 / s41467-021-24533-7