新的研究表明碳和氯的深度循环可能在地球早期历史中发生了逆转

在冰雪中的玫瑰

英国多佛的英格尔伯勒碳酸盐沉积物形成悬崖。鸣谢:斯蒂芬·福利

（）据麦考瑞大学：麦考瑞大学地球科学家陈春飞博士领导的新研究揭示了30亿年前的地质过程，标志着科学界对早期地球认识的重大转变。

发表在《自然》杂志上的这项研究揭示了地球逐渐变冷对地球表面和内部之间碳和氯的深度循环的深远影响。

“地球变冷导致碳和氯的深层循环发生了巨大变化，”陈博士说。

“今天，氯通常以火山气体的形式返回地表，而大多数碳则以固体碳酸盐的形式被困在数百公里深处；但直到地球大约有现在年龄的三分之二时，情况才完全相反。”

在行星形成后的早期，岩浆主导了地球表面，但随着行星逐渐冷却，表面形成了约100公里厚的地壳板块，在板块构造的过程中滑过地幔。

当海洋构造板块在俯冲带潜回地幔时，沉积在海洋下方海槽中的沉积物也可能被推入地幔。



陈春飞博士进行实验分析。学分:麦考瑞大学

科学家在高压融化实验中调查这些沉积物的命运，此前他们处理了所有海洋沉积物的平均值，碳只是其中的一个次要成分。

然而，大多数碳积累到碳酸盐沉积物中——地表大面积碳酸盐沉积物的常见例子包括多佛的白色悬崖或意大利的白云石——这些碳的行为可能与小部分碳不同。

陈博士的团队使用高压实验来模拟石灰石和白垩的俯冲，并发现石灰石中的任何污垢都首先熔化，产生硅酸盐熔体，而碳酸盐以固体形式被推到更深的深度，并可以深入地幔。

研究小组还测试了模拟地球漫长历史中更早、更热时期的条件，发现石灰石确实熔化了，但盐不会溶解在它们产生的碳酸盐熔体中，而是被推入地幔深处，而不是像今天这样返回地表。

“看到盐和杂质如何从碳酸盐中完全分离出来是很了不起的，”研究的第二作者迈克尔·福斯特博士说，他在澳大利亚国立大学分析了这些样本。

福斯特博士说，当电子显微镜放大和分析微小的实验阶段时，研究小组有了突破，显示了一池淬火的玻璃和盐，旁边是干净的方解石晶体。

当他们看到这一幕时，春飞说:“哇，有意思，这意味着俯冲带必须充当一个巨大的过滤器，过去它允许盐进入更深的地球。”

这项研究是一个更大的项目的一部分，该项目跟踪地球进化史中碳、氮和氯的深度循环，由麦考瑞大学自然科学学院的杰出教授斯蒂芬·福利领导。

“地球深部地幔和地表之间的碳、氯和氮等挥发性元素的交换是气候、海洋和地球上所有生命演变的关键，”福利教授说。

“这项重要的研究首次考虑了大块碳酸盐沉积物的俯冲，而不是普通的沉积岩——尽管更现实的是，巨大的碳酸盐块将参与板块构造，”他说。

“随着时间的推移，氯和碳的行为发生了变化，这可能影响了地球历史上不同时期海水的盐度，并对地球生命的发展产生了影响。”

他补充说，这项研究将使我们对地球的进化及其与生命发展的微妙相互作用有更全面的认识，并有助于我们了解我们星球以外的情况，如火星。