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地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。 相似文献
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地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。 相似文献
3.
《矿物岩石地球化学通报》2017,(2)
碳循环可以分为地球表层短周期的地表碳循环和地球内部长周期的深部碳循环。地球的碳90%以上是赋存在固体地球内部,因此深部碳循环研究对于探讨地表碳循环过程具有重要意义。本文较深入地探讨了俯冲带深部碳循环研究的现状和问题。目前俯冲带深部碳循环研究关键的科学问题包括:(1)俯冲带变质过程中含碳物质相的转变,(2)俯冲带脱碳机制,(3)俯冲带深部碳循环和地幔交代作用。俯冲带变质过程中含碳物质相的转变是深部碳循环研究的最基本问题,将是深部碳进一步研究的重点。俯冲带脱碳机制主要包括纯变质反应脱碳、流体溶解脱碳(流体渗透作用)、熔融作用脱碳和氧化还原反应脱碳4个方面,这是目前深部碳循环研究的前沿领域。俯冲带深部碳循环研究对于探讨地幔不均一性以及地幔交代过程都具有重要研究意义。 相似文献
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地球深部碳循环是指地球表层的碳在俯冲带进入地幔深部,然后通过岩浆或者脱气作用再把地幔中的碳释放到地球表层系统中的过程。人类对地球深部碳赋存形式和储量、不同储库的交换方式和交换量尚缺乏清晰认识,近年来随着分析技术的发展和研究的深入,深部碳循环的研究日益丰富。本文总结了地幔中碳赋存状态、地球深部碳储量、碳进出地幔方式及通量、俯冲带碳的行为和碳酸岩成因及成矿方面的研究。地幔中碳赋存形式多样且主要受地球深部压力及氧逸度控制。相平衡实验和热动力学计算发现碳酸盐化榴辉岩在300～600 km发生部分熔融,交代地幔橄榄岩形成碳酸盐化地幔橄榄岩。碳酸盐化地幔橄榄岩的熔融又会形成碳酸岩熔体,这说明俯冲再循环物质可能对碳酸岩的成因起重要作用。碳酸岩是研究深部碳循环的良好载体,其源区特征、岩浆演化过程对示踪碳在地幔和地壳过程中的迁移至关重要。虽然深部碳循环在碳赋存形式、碳储量及通量、俯冲带碳的流变行为和碳酸岩成因对深部碳循环的启示方面已经取得了较大的研究进展,但仍有大量的科学问题亟待解决,如:沉积碳酸盐岩再循环进入地球深部后的行为、俯冲带板片流体地球化学行为、俯冲带流体氧逸度特征等,将来有必要重点开展深入研... 相似文献
5.
《矿物岩石地球化学通报》2017,(2)
俯冲带是地球表层碳返回地球深部的唯一方式,其对地球深部碳循环有着重大的影响。近年来,沉积碳酸盐深部地幔再循环方面的研究取得较大进展,主要有:沉积碳酸盐是否可以返回深部地幔;沉积碳酸盐返回地幔的形式及返回的最大深度;沉积碳酸盐岩在俯冲过程中的微量元素迁移、同位素分馏以及碳酸盐岩在俯冲带中的物理和化学变化。本文对这些成果进行了系统总结评述。 相似文献
6.
《矿物岩石地球化学通报》2015,(4)
<正>对于人类生命和适宜的地球大气气候,碳是一个至关重要的元素。地球上大于90%的碳储存在地球深部,强烈地影响深部地幔的组成、结构和氧逸度。由于碳存在多种价态(-4到+4),因而在自然界中可以与多种元素结合,这使得碳在地质过程中表现很活泼。同时在地球初始的增生过程和后期的分异过程中碳的行为复杂,这使得我们对地球深部碳的丰度和动力学行为了解甚少。碳同位素可以很好地记录和示踪地球表层和深部的碳循环过程。最近,美国德州理工大学地球科学学院Horita教授和他的合作者计算了碳化铁和碳化硅中碳同位素 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2017,(2)
镁同位素示踪深部碳循环研究在过去一年取得了很大进展。这些进展包括蚀变洋壳、沉积物、深海橄榄岩和再循环榴辉岩的Mg同位素组成,具有EM-I和HIMU同位素特征的低δ~(26)Mg玄武岩成因,低δ~(26)Mg玄武岩熔融p-t条件的Mg-Sr同位素制约,Mg同位素揭示的大陆岩石圈地幔的碳酸盐交代作用,特提斯洋俯冲板块导致的深部碳循环,和富Na碳酸盐岩浆的Mg同位素分异。然而仍有许多重要科学问题尚不清楚,包括:(1)如何区分再循环沉积碳酸盐岩和再循环碳酸盐化榴辉岩对地幔Mg同位素的影响?(2)板块俯冲过程中Mg同位素地球化学行为和为什么岛弧玄武岩没有低δ~(26)Mg特征?(3)再循环碳在地幔的储存部位及存留时间?(4)普通碳酸盐岩浆的Mg同位素如何分异?(5)如何示踪那些不含Mg或含Mg很少的再循环碳酸盐,如方解石、文石、菱铁矿?这些问题指明了未来的重要研究领域。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>火成岩和沉积碳酸盐岩显著的Mg同位素差异使得Mg同位素成为示踪地球深部碳循环有力工具,具有比全球平均大洋玄武岩(26Mg=0.25±0.07‰)轻。Mg同位素组成的大陆玄武岩被认为其地幔源区受到了沉积碳酸盐的改造[1],但是直接的地幔岩石Mg同位素证据很少,而且大陆玄武岩在穿透厚陆壳上升过程中,会发生显著地同化混染作用;这一过程对用大陆玄武岩推断地幔源区Mg同位素组成的影响 相似文献
9.
红枫湖碳同位素变化指示的湖泊碳循环过程 总被引：1，自引：0，他引：1
碳同位素是示踪湖泊碳循环最有力的工具,其所有的生物地球化学过程只要碳的流动发生分异,并有同位素分馏效应,都可以利用同位素变化进行示踪.反过来,湖泊碳同位素与碳循环的相互关系研究也可以进一步提高对湖泊碳同位素的认识,揭示碳同位素变化指示的地球化学意义. 相似文献
10.
《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>深部碳循环是全球碳循环体系的重要组成部分,它是指伴随洋壳俯冲作用,大量含碳矿物被带入地球深部,经历一系列地质作用后,再通过岩浆和火山作用将碳带回地表的过程。地震学、地质学和地球化学等研究表明,洋壳能够俯冲到地幔过渡带底部、甚至核幔边界;最近,Walter等人(2011)对产自巴西Juina金伯利矿床的"超深"金刚石进行了研究,发现该金刚石含有源自地表的轻碳同位素,而且其包裹体中含有洋壳玄武岩组分。这一发现有力地证实了碳循环可以深入下地幔1400 km[1]。 相似文献
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Forty-one diamonds sourced from the Juina-5 kimberlite pipe in Southern Brazil, which contain optically identifiable inclusions, have been studied using an integrated approach. The diamonds contain <20 ppm nitrogen (N) that is fully aggregated as B centres. Internal structures in several diamonds revealed using cathodoluminescence (CL) are unlike those normally observed in lithospheric samples. The majority of the diamonds are composed of isotopically light carbon, and the collection has a unimodal distribution heavily skewed towards δ13C ~ ?25 ‰. Individual diamonds can display large carbon isotope heterogeneity of up to ~15 ‰ and predominantly have isotopically lighter cores displaying blue CL, and heavier rims with green CL. The light carbon isotopic compositions are interpreted as evidence of diamond growth from abiotic organic carbon added to the oceanic crust during hydrothermal alteration. The bulk isotopic composition of the oceanic crust, carbonates plus organics, is equal to the composition of mantle carbon (?5 ‰), and we suggest that recycling/mixing of subducted material will replenish this reservoir over geological time. Several exposed, syngenetic inclusions have bulk compositions consistent with former eclogitic magnesium silicate perovskite, calcium silicate perovskite and NAL or CF phases that have re-equilibrated during their exhumation to the surface. There are multiple occurrences of majoritic garnet with pyroxene exsolution, coesite with and without kyanite exsolution, clinopyroxene, Fe or Fe-carbide and sulphide minerals alongside single occurrences of olivine and ferropericlase. As a group, the inclusions have eclogitic affinity and provide evidence for diamond formation at pressures extending to Earth’s deep transition zone and possibly the lower mantle. It is observed that the major element composition of inclusions and isotopic compositions of host Juina-5 diamonds are not correlated. The diamond and inclusion compositions are intimately related to subducted material and record a polybaric growth history across a depth interval stretching from the lower mantle to the base of the lithosphere. It is suggested that the interaction of slab-derived melts and mantle material combined with subsequent upward transport in channelised networks or a buoyant diapir explains the formation of Juina-5 diamonds. We conclude that these samples, despite originating at great mantle depths, do not provide direct information about the ambient mantle, instead, providing a snapshot of the Earth’s deep carbon cycle. 相似文献
12.
地幔氧逸度与俯冲带深部碳循环 总被引：2，自引：2，他引：0
地幔氧逸度通过改变含碳相的存在形式和迁移方式来影响深部碳循环。本文结合最新的地幔氧逸度实验模拟和岩石学研究成果,探讨了地幔氧逸度时空分布对深部碳循环的影响。文章重点结合地幔减压熔融形成洋壳、新生洋壳蚀变、洋壳俯冲变质、深俯冲洋壳熔融以及俯冲洋壳物质(流体和固体)通过岩浆(岛弧和地幔柱)作用循环出地表等重要地质过程,探讨了伴随洋壳俯冲作用的深部碳循环过程。由于地幔氧逸度的时空变化,俯冲带含碳相表现出不同的存在形式和迁移能力。通过对西南天山俯冲带碳循环的岩石学和实验研究,我们认为应当进一步深入研究俯冲带氧化还原状态及其对俯冲带深部碳循环的影响。 相似文献
13.
The carbon cycle is an important process that regulates Earth’s evolution. We compare two typical periods, in the Paleoproterozoic and Neoproterozoic, in which many geological events occurred. It remains an open question when modern plate tectonics started on Earth and how it has influenced the carbon cycle through time. In the Paleoproterozoic, intense weathering in a highly CO2 and CH4 rich atmosphere caused more nutritional elements to be carried into the ocean.Terrestri... 相似文献
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日本的综合大洋钻探计划(IODP) 总被引：2，自引：1，他引：1
对日本的IODP活动以及科学目标进行简要介绍。IODP核心技术支撑之一的立管钻探船“地球号”可在水深4 000 m的海底钻进7 000 m,钻达发震带和上地幔,实现日本的IODP科学目标。日本的IODP科学规划主要有三大科学主题和八项研究目标,三大科学主题包括地幔过程和地球系统演化,地壳作用过程和地球系统演化,俯冲带和地球系统演化过程中的动力学及物质循环。其八项研究目标为：①钻探西太平洋洋底高原,认识核—幔作用过程;②钻探太平洋白垩纪—新生代沉积物,详细研究地球温室期间的物质循环及从温室环境到冰室环境的转化过程;③钻探大洋岛弧,认识大陆地壳形成过程;④钻探扩张的弧后,认识洋壳岩石圈形成过程;⑤钻探亚洲边缘海及陆坡,认识陆壳—洋壳—大气圈关系;⑥调查增生楔中的碳循环及深部生物圈;⑦调查汇聚板块边缘大地震周期及形成机制、构造及物质循环;⑧研究生活于增生楔环境中极端微生物生物学。 相似文献
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俯冲物质深地幔循环——地球动力学研究的一个新方向 总被引：1，自引：0，他引：1
地球上发生的各种地壳运动,大规模的火山喷发,不同深度不同规模的地震活动,规模宏大的山脉和高原的形成,以及地球历史上发生的大陆漂移运动,都被认为与板块构造活动密切相关。但这些运动的动力源究竟来自何方?如何去发现和证明它们的存在以及从理论上去认识和解释,是当今地球科学面临的巨大挑战,也是今后很长一段时间内地球科学的前沿和热点问题。近些年,人们通过各种方法,试图从更深部寻找板块作用动力学的证据。首先是地震层析研究取得了很大进展,获得了许多区域性和全球的高分辨率3-D地震地幔波速结构,使得我们得以认识地球深部的结构,探讨地幔的物质组成,流体的作用和动力学过程。证据显示,板块俯冲不仅可以到达地幔过渡带深度,而且可达到下地幔底部,堆积在核幔边界的上部,成为核幔边界产生的地幔柱的重要物质组成。其次是开展了大量的实验岩石学研究,模拟了一系列地球深部的高温高压矿物组合,被认为可能代表了地幔过渡带和下地幔的矿物组合,甚至核幔边界的含水矿物组合。另一方面,计算机模拟实验揭示了冷的大洋岩石圈发生深俯冲是可行的。尤为重要的是,许多来自地幔过渡带甚至下地幔深度的高压矿物已经在自然界陆续被发现,证明其中一些矿物是源自深俯冲的洋壳物质,记录了俯冲洋壳再循环的历史,如产在巴西、南非和加拿大等金伯利岩中的超深金刚石矿物包裹体。此外,洋岛玄武岩和大陆板内玄武岩的研究,也找到了早期俯冲下去的壳源岩石的同位素证据。近些年发现的蛇绿岩型金刚石是另一实证,其金刚石碳同位素和包裹体研究表明它们源自早期俯冲下去的壳源物质,被认为是研究俯冲物质深部再循环的一个新窗口。这些俯冲再循环的物质,被认为是通过地幔柱的活动从深部带至浅表。本文综述了地球深部物质循环的研究现状,强调了该研究的重要性,并认为俯冲物质深部循环是地球动力学研究的一个新方向。 相似文献
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Stable carbon isotope geochemistry provides important information for the recognition of fundamental isotope exchange processes related to the movement of carbon in the lithosphere and permits the elaboration of models for the global carbon cycle.Carbon isotope ratios in fluid-deposited graphite are powerful tools for unravelling the ultimate origin of carbon（organic matter,mantle,or carbonates） and help to constrain the fluid history and the mechanisms involved in graphite deposition.Graphite precipitation in fluid-deposited occurrences results from CO2- and/or CH4-bearing aqueous fluids.Fluid flow can be considered as both a closed（without replenishment of the fluid） or an open system（with renewal of the fluid by successive fluid batches）.In closed systems,carbon isotope systematics in graphite is mainly governed by Rayleigh precipitation and/or by changes in temperature affecting the fractionation factor between fluid and graphite.Such processes result in zoned graphite crystals or in successive graphite generations showing,in both cases, isotopic variation towards progressive l3C or 12C enrichment（depending upon the dominant carbon phase in the fluid.CO2 or CH4,respectively）.In open systems,in which carbon is episodically introduced along the fracture systems,the carbon systematics is more complex and individual graphite crystals may display oscillatory zoning because of Rayleigh precipitation or heterogeneous variations of 5’ C values when mixing of fluids or changes in the composition of the fluids are the mechanisms responsible for graphite precipitation. 相似文献
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金刚石由于其独特的物理化学性质,在经济生产与科学研究中均具有重要价值.金刚石形成于地球大于150 km的深度范围内,是人类可以获得的来自地球深部地幔乃至核幔边界的最直接的样品,因此可以为研究地球深部物质组成和物理化学条件提供重要的素材.金刚石由碳元素组成,还含有微量的杂质元素（如氮、硼、氢、氧等）,其中氮和硼元素对于划分金刚石的晶体结构类型发挥着重要的作用.根据金刚石的产出类型,金刚石可以划分为幔源型、超高压变质型、陨石相关型以及蛇绿岩型金刚石.全球约百分之一的幔源型金刚石含有包裹体,对这些包裹体的研究显示,金刚石主要来源于地球150~200 km深度的岩石圈地幔.这些含有包裹体的金刚石中,仅有1%的金刚石来自于地球深部的软流圈、地幔过渡带、下地幔、甚至核幔边界.我国的金刚石产出类型多样,但是,目前仅山东蒙阴、辽宁复县的金伯利岩矿床以及湖南沅水的砂矿具有经济价值.蛇绿岩型金刚石是近年来金刚石研究领域取得的重要进展,该类型金刚石分布在全球多个造山带不同时代、不同构造属性的蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,被认为是一种新的金刚石的产出类型.相对于其他国家和地区的金刚石的研究,我国的金刚石领域的研究程度相对较低,缺乏对金刚石结构、化学组成以及包裹体组成的系统研究,制约了对我国金刚石成因的认识,限制了我国的金刚石的找矿工作.因此,亟需结合先进的分析手段对我国的金刚石及其围岩做进一步的研究,以期揭示金刚石的形成过程,为金刚石的找矿提供理论基础. 相似文献
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Authigenic Carbonate Formation in the Ocean 总被引：1，自引：0，他引：1
Oceanic authigenic carbonates are classified according to the origin of carbonate carbon source using a complex methodology that includes methods of sedimentary petrography, mineralogy, isotope geochemistry, and microbiology. Mg-calcite (proto-dolomite) and aragonite predominate among the authigenic carbonates. All authigenic carbonates are depleted in heavy carbon isotope 13 and enriched in heavy oxygen isotope 18O (in PDB system), indicating biological fractionation of isotopes during the carbonate formation. Results obtained show that authigenic carbonate formation is a biogeochemical (microbial) process, which involves carbon from ancient sedimentary rocks, abiogenic methane, and bicarbonate-ion of hydrothermal fluids into the modern carbon cycle. 相似文献
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地球表层温度主要由接收的太阳辐射能量及大气温室气体的保温能力共同控制。CO_(2)等温室气体通过对大气温度的调节影响着全球环境气候变化,工业革命以来全球CO_(2)排放量的增加被认为是全球变暖的重要原因,地质历史时期大气CO_(2)浓度的波动与温室和冰室气候的交替出现相对应。地球超过90%的碳赋存于深部,因此地球深部过程的些许波动便会影响到地表碳含量,进而深刻影响着地球的环境气候变化。以往的研究注重地表碳循环对环境气候的影响,对深部碳的贡献考虑不足。最近十余年全球开展了详细的深部碳循环研究,基于已经取得的重要成果,本文从大火成岩省、裂谷和俯冲带的视角对深部碳循环驱动的环境气候效应进行了系统回顾。认为未来的研究需要对地球深部碳循环通量和碳同位素组成进行更精确的定量,这是我们认识深部碳循环对地表环境气候影响的基础;除了碳元素本身我们还需要关注其他挥发性元素和有害金属元素的综合效应;俯冲带作为全球壳-幔相互作用和物质交换循环最重要的场所,应该是进行深部碳循环观察和环境气候效应研究的重点。 相似文献
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火成碳酸岩的实验岩石学研究及对地球深部碳循环的意义 总被引：3，自引：0，他引：3
火成碳酸岩是地表出露较少的幔源岩石之一。实验岩石学研究表明碳酸盐化的橄榄岩和循环的地壳物质(如碳酸盐化榴辉岩或泥质岩)的低程度(<1%)部分熔融均可以产生碳酸岩质的熔体,其中碳酸盐化泥质岩具有最低的熔融温度且更加富碱质、CO2和不相容元素;富CO2的霞石质等硅酸盐岩浆也可以通过不混溶或分离结晶作用产生碳酸岩,用于解释碳酸岩在空间中常与碱性硅酸岩的共生关系。由于碳酸岩熔体具有极低的粘度和高的活性,形成后在上升过程中会将二辉橄榄岩转变为异剥橄榄岩,是引起地幔交代作用和地幔地球化学不均一性的重要介质之一。实验表明在俯冲作用过程中,大多数的碳酸盐在位于岛弧之下的含水熔融并不分解而是被带入到深部地幔并且稳定存在,含碳地幔的熔融又会形成碳酸岩质的熔体,这说明俯冲循环物质可能对碳酸岩的成因也起着重要的作用。然而,对于碳酸岩的初始熔体成分、岩浆演化、地幔交代作用、成矿特征以及碳从地球深部返回到地表的途径和过程等都存在着很大的争议。我国火成碳酸岩出露相对较多,分布广泛,因此,加强我国碳酸岩以及伴生硅酸岩的成因研究,同时开展与碳酸岩相关的实验岩石学工作,不仅可以检验现有的成因理论,而且有助于提高我国对火成碳酸岩的研究水平;由于其特殊的成因背景,还可为许多存在很大争议的重大地质事件提供新的科学依据。 相似文献