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地热区深部碳的地球化学研究综述
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作者 李长正 郑国东 +2 位作者 郭清海 楠本成寿 王焰新 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2255-2266,共12页
碳是地热流体中普遍存在而且非常活跃的生命元素。自地幔源区释放的深部碳运移至近地表的过程中,碳元素有可能记录了许多源区信息以及混合分馏过程的特征,尤其是在地热分布区。因此,与地热区深部碳释放相关的地球化学研究对联系岩浆热... 碳是地热流体中普遍存在而且非常活跃的生命元素。自地幔源区释放的深部碳运移至近地表的过程中,碳元素有可能记录了许多源区信息以及混合分馏过程的特征,尤其是在地热分布区。因此,与地热区深部碳释放相关的地球化学研究对联系岩浆热源型地热系统深部热源和浅部高温流体的物质交换和运移以及准确判断地热地质背景等都具有非常重要的意义。目前,国内外学者对加深地热流体挥发分来源的定量研究以及完善地热区同位素分馏理论等方面都做出了许多探索性的尝试,其中对来自深部的碳元素的研究是最重要的课题之一。对深部碳俯冲循环过程与地幔源区非均一性特征,地热区岩浆脱气、方解石沉淀、气体溶解脱气的分馏特点、围岩变质脱气与土壤碳的混合过程及其规律等的系统分析结果显示,深部碳的释放经历了复杂的地球化学过程。由于单一方法的研究难以全面揭示该过程,本文通过对该领域相关研究方法的梳理和融合,结合地热区深部碳释放的规模和方式的总结,以期为地热系统物质运移规律和地热流体碳来源的定量研究提供参考和支撑,促进对深部碳循环过程及其气候环境效应的把握和认识。 展开更多
关键词 深部碳 地热流体 同位素 定量研究
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深部碳循环的Mg同位素示踪:2015-2016的进展与问题 被引量:3
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作者 李曙光 《矿物岩石地球化学通报》 CSCD 北大核心 2017年第2期197-203,共7页
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,M... 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。 展开更多
关键词 深部碳 MG同位素 蚀变洋壳 沉积物 玄武岩 岩石圈地幔 特提斯构造带 酸岩岩浆
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青藏高原南部及邻区深部碳释放规模与成因 被引量:3
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作者 赵文斌 郭正府 +2 位作者 李菊景 马琳 刘嘉麒 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1541-1556,共16页
不同构造背景下的深部碳释放通量与机制研究对于深刻理解长时间尺度的气候变化具有重要意义,以往的相关研究多集中在洋中脊、大洋俯冲带和大陆裂谷等地质单元,缺少对大陆碰撞带深部碳释放规模与机理的关注,从而制约了对大陆碰撞带深部... 不同构造背景下的深部碳释放通量与机制研究对于深刻理解长时间尺度的气候变化具有重要意义,以往的相关研究多集中在洋中脊、大洋俯冲带和大陆裂谷等地质单元,缺少对大陆碰撞带深部碳释放规模与机理的关注,从而制约了对大陆碰撞带深部碳循环过程及其气候环境效应的进一步认识。青藏高原起源于印度和欧亚大陆的碰撞,是研究大陆碰撞带深部碳循环的理想地区。为此,在近年来青藏高原温室气体释放野外观测与研究的基础上,本文估算了高原南部及邻区火山-地热区的CO_(2)释放规模并探讨了其释放模式。气体He-C同位素地球化学与温泉水热活动特征等显示,青藏高原南部及邻区的深部碳释放主要受深部岩浆房、断裂和浅部水热系统等因素的控制。依据深部流体源区和上升运移控制因素的差异,可以将青藏高原南部及邻区的深部碳释放划分为三大类:(1)以壳内水热系统脱碳为主的藏南地区;(2)深大断裂控制的以水热系统脱碳为主的川西地区;(3)深部岩浆房和浅部水热系统共同控制的滇西南地区。青藏高原南部土壤微渗漏CO_(2)释放通量介于18.7~52.3Mt/yr之间,温泉溶解无机碳释放通量约为0.13Mt/yr;高原邻区的川西、滇东南断裂带温泉CO_(2)释放规模为0.1Mt/yr;腾冲火山区CO_(2)释放通量介于4.5~7.1Mt/yr之间。本研究认为,青藏高原南部及邻区每年向大气圈释放CO_(2)的规模为23.4~59.6Mt,这一规模与全球其他构造背景(如洋中脊、大洋俯冲带、大陆裂谷等)火山区深部碳释放规模相当,表明以青藏高原为代表的大陆碰撞带是地质源CO_(2)释放的重要场所。 展开更多
关键词 大陆碰撞带 深部碳观测 释放通量 火山-地热区 青藏高原
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深部碳循环及同位素示踪:回顾与展望 被引量:14
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作者 张洪铭 李曙光 《中国科学:地球科学》 CSCD 北大核心 2012年第10期1459-1472,共14页
深部碳循环是全球碳循环中的重要组成部分,它指通过板块俯冲过程把大洋底部的碳酸盐岩带到地幔中,然后再通过火山作用以CO2气体形式释放到大气中.目前对于深部碳循环的研究仍处在一个起步阶段.其中一个很重要的科学问题是火山作用释放的... 深部碳循环是全球碳循环中的重要组成部分,它指通过板块俯冲过程把大洋底部的碳酸盐岩带到地幔中,然后再通过火山作用以CO2气体形式释放到大气中.目前对于深部碳循环的研究仍处在一个起步阶段.其中一个很重要的科学问题是火山作用释放的CO2中与俯冲相关的碳和原始幔源碳的比例.传统碳同位素可以很好的区分有机碳和无机碳,但火山作用释放的CO2中,大约95%的与俯冲相关的碳和原始幔源碳均是无机碳,因此传统的碳同位素方法无法区分.近年来Ca和Mg同位素在示踪壳内物质循环方面的研究取得很大的进展,本文针对以上科学问题,总结了近年来对于深部碳存储总量、通量及存在形式,洋壳俯冲过程中碳的行为,含碳地幔的熔融,深入探讨了C,Ca和Mg同位素示踪深部碳循环的原理和途径,以及前人在C,Ca和Mg同位素示踪深部碳循环等方面的研究成果. 展开更多
关键词 深部碳 循环 Ca同位素 MG同位素
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矿物高压稳定性与深部挥发分循环过程 被引量:3
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作者 刘锦 吕超甲 赵超帅 《矿物岩石地球化学通报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期245-259,共15页
深地过程是驱动整个地球系统运行的重要引擎。其中,深部挥发分的循环过程及其效应是当前国际固体地球科学研究的热点、前沿和难题。深部矿物的高压稳定性与深部过程密切相关。一方面,俯冲带碳酸盐和含水矿物是联动地表与深部挥发分循环... 深地过程是驱动整个地球系统运行的重要引擎。其中,深部挥发分的循环过程及其效应是当前国际固体地球科学研究的热点、前沿和难题。深部矿物的高压稳定性与深部过程密切相关。一方面,俯冲带碳酸盐和含水矿物是联动地表与深部挥发分循环的重要载体,其稳定性深刻影响着地震与火山活动、大气圈演化及地球内部结构的演化。通过对碳酸盐和含水矿物高压稳定性的实验模拟与理论预测研究,发现深部关键挥发分循环过程可涵盖整个地幔直至核幔边界。另一方面,地核可能是地球上最大的挥发分储库。然而,对地核铁合金的轻元素种类和含量及其在深部挥发分循环过程中所扮演的角色的认识仍存在分歧,将来的研究中核幔相互作用及其对深部挥发分循环的影响应受到关注。 展开更多
关键词 地球深部过程 高温-高压 深部 深部碳 地核轻元素
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下地幔温压条件下碳对(Mg,Fe)SiO3布里奇曼石的影响
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作者 苘廉洁 苑洪胜 +1 位作者 秦礼萍 张莉 《高压物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期10-19,共10页
利用激光加温金刚石对顶砧技术模拟下地幔温压条件(36~88 GPa,1850~2800 K),探索了碳与含铁的(Mg,Fe)SiO3布里奇曼石的相互作用过程。同步辐射X射线衍射实验表明,(Mg,Fe)SiO3布里奇曼石与碳在大于42 GPa、2000 K的温压条件下发生了氧化... 利用激光加温金刚石对顶砧技术模拟下地幔温压条件(36~88 GPa,1850~2800 K),探索了碳与含铁的(Mg,Fe)SiO3布里奇曼石的相互作用过程。同步辐射X射线衍射实验表明,(Mg,Fe)SiO3布里奇曼石与碳在大于42 GPa、2000 K的温压条件下发生了氧化还原反应,即(Mg,Fe)SiO3布里奇曼石中的二价铁(Fe^2+)被单质碳还原成金属铁(Fe^0);而在较低的温压条件下,布里奇曼石中的Fe2+可以稳定存在。该结果表明,在下地幔深部的温压条件下,CCO缓冲的氧逸度值比IW缓冲更低,热力学计算结果也证实了这一结果。实验结果为地幔深部氧化还原条件的不均一性和局部极端还原状态的出现提供了解释。 展开更多
关键词 布里奇曼石 深部碳 下地幔 氧化还原反应
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冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程、机理与效应
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作者 李铁刚 熊志方 +2 位作者 秦秉斌 贾奇 郭景腾 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期1742-1758,共17页
冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带... 冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带西太平洋相对于南大洋等高纬海区在大气CO_(2)分压(pCO_(2))冰期旋回中的作用并没那么重要,从而低估了热带西太平洋通过碳源汇演替调控全球气候的作用.在综合分析上新世以来冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程与机制的基础上,总结出了其气候效应模式,发现冰期时海平面降低导致更多的河流营养物进入海洋,致使近海表层有机碳生产和海底有机碳埋藏加强;同时,远洋为了“补偿”陆架珊瑚礁等钙质生物碳酸盐生产的减少,引起其深部CO32和碱度增加,致使远洋深部碳库增强;另外,开放洋区大型硅藻勃发等有机碳生产演化事件在大洋深部形成呼吸碳库,进一步“放大”了上述增强的深部碳库.这些碳循环过程表明冰期热带西太平洋扮演碳汇角色.间冰期时上述碳循环过程发生的方向或强度与冰期相反,但目前还没有证据证明间冰期热带西太平洋是否扮演碳源角色;尽管冰消期,其确实能向大气释放CO_(2).此外,叠加在冰期旋回之上的长尺度记录以及跨越冰期旋回的重大事件记录均显示,热带西太平洋可以通过全球的遥相关或洋际交换,在深部“被动”形成碳库.但这种“被动”形成的深部碳库是否也发生在冰期旋回中还有待于进一步证实.总之,热带西太平洋碳循环也同水文循环一样,通过碳源汇演替对冰期旋回中大气pCO_(2)和全球气候产生重要影响,从而丰富了“气候演变低纬驱动”理论的内涵. 展开更多
关键词 表层海洋固 深部海洋储 海平面 风尘 循环 上新世以来
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中国东北新生代火山区CO_(2)释放规模与成因 被引量:7
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作者 赵文斌 郭正府 +5 位作者 刘嘉麒 张茂亮 孙玉涛 雷鸣 马琳 李菊景 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1255-1269,共15页
板片俯冲过程将地表碳带入地球内部,火山作用将深部碳输送至地球外部圈层,两者构成了地球深部碳循环的主要方式,进而影响了地史时期的气候变化。我国东北新生代火山活动被认为是太平洋板片深俯冲作用的产物,板片俯冲导致岩浆源区强烈的... 板片俯冲过程将地表碳带入地球内部,火山作用将深部碳输送至地球外部圈层,两者构成了地球深部碳循环的主要方式,进而影响了地史时期的气候变化。我国东北新生代火山活动被认为是太平洋板片深俯冲作用的产物,板片俯冲导致岩浆源区强烈的碳酸盐组分交代作用,进而使东北亚上地幔成为一个新生代时期的巨型深部碳库,它的活动和释放将会对全球的气候与环境变化造成重要影响。然而,有关该深部碳库向当今大气圈输送CO_(2)气体的规模及其演化过程尚不清楚,从而影响了进一步定量评估该碳库在全球变化研究中的地位和作用。针对上述科学问题,本文对我国东北长白山、五大连池和阿尔山火山释放CO_(2)气体的规模与成因进行了研究。结果表明,东北新生代火山区的土壤CO2释放通量介于9.6~41.2g·m^(-2)·d^(-1)之间,每年向当今大气圈释放CO2气体约为2.1Mt(其中,长白山火山区为0.94Mt,五大连池火山区为1.2Mt)。气体地球化学研究证实,长白山与五大连池火山气体均起源于太平洋板片深俯冲环境;但是,与长白山相比,五大连池火山气体具有较高比例壳源组分贡献。阿尔山火山气体的成分与长白山和五大连池火山区存在着明显的差异,它们以N_(2)为主(>95%),并且其δ^(15)N_(N2)值高于空气值(1.3‰~1.9‰),^(3)He/^(4)He比值较低(0.14~0.18RA),δ^(13)C_(CO2)较轻(-13.7‰~-6.2‰),表明壳源富氮有机沉积物的贡献占比较大的比例。上述特征进一步表明,阿尔山火山气体在上升经过地下水时可能滞留了较长时间,混染了大量的陆壳组分,其源区并未受到太平洋板片俯冲物质的显著影响。 展开更多
关键词 火山区 深部碳 地幔富集 陆壳混染 中国东北
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Deep carbon recycling and isotope tracing:Review and prospect 被引量:6
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作者 ZHANG HongMing LI ShuGuang 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS 2012年第12期1929-1941,共13页
Deep carbon recycling is an essential part of the global carbon cycle.The carbonates at the bottom of the ocean are brought to the mantle by subduction.Subsequently, deep carbon is released to the atmosphere in the fo... Deep carbon recycling is an essential part of the global carbon cycle.The carbonates at the bottom of the ocean are brought to the mantle by subduction.Subsequently, deep carbon is released to the atmosphere in the form of CO2 through volcanism.At present, research on deep carbon recycling is still at its early stage.The proportion of subduction-related carbon and primary mantle-derived carbon in CO2 released by volcano is an important issue.Carbon isotopes can easily distinguish organic carbon from inorganic carbon.However, ~95% of subduction-related and primary mantle-derived carbon released by volcano is inorganic, which carbon isotopes find difficult to distinguish.Recently, Ca and Mg isotope geochemistry has provided important tools for tracing crust-derived material recycling.Here we focus on this topic by introducing the principles of C, Ca, and Mg isotopes in tracing deep carbon recycling and previous research results.We also summarize the research progress on the total storage and phases of deep carbon, CO2 fluxes which depend on the release via volcanism, the partial melting of the carbon-bearing mantle, and carbon behaviour during oceanic subduction. 展开更多
关键词 deep carbon carbon recycling Ca isotope Mg isotope
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