博士生在俯冲带碳循环研究领域发表重要成果：大陆俯冲带熔体如何驱动CO₂释放？

近期，中国地质大学（武汉）博士生杨绍极在续海金教授的指导下在国际地学著名期刊《Chemical Geology》（一区TOP, T1）上发表最新成果，揭示了大陆俯冲带在折返过程中高效的碳释放新机制。

01 引言：深部碳循环与气候演化的未解之谜

碳元素在地球内部与表层系统之间的循环（深部碳循环），维持着地球长期的碳收支平衡，是驱动地质历史时期气候-环境演化的关键机制。

长期以来，科学界对深部碳循环的认识主要集中在洋壳俯冲带。相比之下，关于大陆俯冲带——特别是曾被认为“冷”且难以发生大规模反应的俯冲板块——其内部的碳是如何活化并释放的？这一问题至今仍知之甚少。然而，解开这一谜题，对于完善全球碳模型及理解构造运动对古气候的影响至关重要。

02 天然实验室：苏鲁造山带的独特记录

苏鲁造山带不仅经历了深俯冲超高压变质作用，还随后经历了独特的“热”折返过程，广泛发育深熔作用。这种特殊的地质历史，使其成为研究大陆地壳深部熔体活动与碳酸盐岩相互作用的天然理想实验室。

本研究选取苏鲁造山带威海地区的柳树湾露头为对象，针对“混合岩-接触带-大理岩”这一完整系统进行了精细的岩石学解剖（图1）。

图1. 威海柳树湾混合岩-接触带-大理岩野外露头照片

该露头清晰展示了熔体与碳酸盐岩（大理岩）接触的直接证据，是研究两者相互作用的关键窗口。

03 核心发现：熔体主导的高效脱碳机制

研究团队综合利用岩石学、矿物化学及年代学等手段，发现在大陆俯冲带的折返阶段，硅酸盐熔体与碳酸盐岩的交代作用（Melt-Carbonate Metasomatism）扮演了关键的角色。

研究识别出了一系列关键的脱碳反应，其中最典型的机制为：

这些交代反应表明，当硅酸盐熔体“侵蚀”碳酸盐岩时，会破坏白云石的稳定性，生成透辉石、透闪石、方柱石和榍石等钙硅酸盐矿物，同时释放出大量的二氧化碳。大理岩内部同样存在释放CO₂的交代反应，但这种发生在接触带的交代反应进行得更为彻底，碳释放效率显著更高。

04 时空约束与碳迁移网络

为了厘定这一过程发生的时间，研究利用榍石U-Pb定年和Zr温度计，将碳释放的时间窗口锁定在板块“热”折返阶段。这意味着，即使是通常被认为是“冷”的大陆俯冲板块，在折返过程中也会因为深熔作用而触发大规模的碳释放。研究进一步构建了大陆俯冲带的碳迁移地质模型（图2）：除了含碳硅酸盐熔体作为载体外，富水环境形成的次生脉体也是碳迁移的重要网络。

图2. 大陆俯冲带碳释放与迁移的地质模型

模型展示了在折返阶段，深部熔体如何向上运移并交代围岩中的碳酸盐岩，导致CO₂的大规模释放与迁移。

05 科学意义：对气候环境的启示

本研究的岩石学证据证实：变质脱碳作用不仅限于“热”的洋壳俯冲带，同样高效地发生于冷俯冲大陆板块的“热”折返过程中。

这一发现挑战了传统的认知盲区，强调了造山带深部熔体-碳酸盐岩相互作用是地质历史时期向大气输送CO₂的重要源头。这为理解大陆碰撞造山带如何调节全球碳循环，进而影响长周期气候变迁，提供了关键的深部驱动机制视角。

本文链接：Melt-carbonate metasomatism in the Sulu orogen: Implications for CO₂ release in the continental subduction zone

DOI：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.123217

作者：杨绍极（第一作者），续海金（通讯作者），王攀，冯帆

单位：中国地质大学（武汉）新能源学院