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近日，中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所深海極端環(huán)境模擬研究實驗室博士生熊夢君作為第一作者，梅升華研究員作為通訊作者，在地學(xué)TOP期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上發(fā)表了一篇題為“In-Situ Experimental Study of Talc Carbonation in C-O-H Fluid: Implications for the Deep Carbon Cycle”的學(xué)術(shù)論文。

地球深部碳遷移是地質(zhì)尺度碳循環(huán)過程的重要組成部分，而俯沖帶是碳從地表進(jìn)入地幔的主要通道。在板塊持續(xù)俯沖過程中，溫壓梯度的急劇升高協(xié)同流體活動性增強(qiáng)，驅(qū)動俯沖板片內(nèi)部發(fā)生多尺度物質(zhì)重組—包括礦物的相態(tài)轉(zhuǎn)變、蛇紋石化橄欖巖的脫水分解、以及硅酸鹽-碳酸鹽交界面的氧化還原反應(yīng)等。這些受熱力學(xué)平衡控制的物化作用，直接或間接地制約著淺層碳向地球深部的遷移邊界。揭示這一系列物理化學(xué)響應(yīng)的成因機(jī)理，不僅能夠幫助認(rèn)識地球內(nèi)部物質(zhì)的輸運(yùn)過程，更能夠深化對板塊俯沖動力學(xué)、殼幔相互作用乃至地幔對流模式的系統(tǒng)認(rèn)知，具有重要的科學(xué)意義。

本研究采用金剛石壓腔（DAC）結(jié)合原位拉曼光譜技術(shù)，系統(tǒng)研究了俯沖帶溫度壓力條件下滑石與C-O-H流體的碳酸化反應(yīng)過程。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)滑石在溫度> 250°C、壓力>1 GPa時，可快速轉(zhuǎn)化為菱鎂礦與石英，有效地將流體中的CO₂封存到新形成的熱力學(xué)更穩(wěn)定的菱鎂礦中，從而被挾帶進(jìn)入地球深部（見附圖）。此外，滑石碳酸化后還可能通過改變俯沖帶礦物組成，影響到包括地震活動性在內(nèi)的動力學(xué)過程。本研究的結(jié)果構(gòu)建了滑石碳酸化反應(yīng)的熱力學(xué)相圖，為更好地理解地球深部碳循環(huán)過程和受相變影響所致的地球動力學(xué)行為提供了必要的實驗約束。

滑石穩(wěn)定性和俯沖帶的P‐T路徑

論文信息：Mengjun Xiong, Zhi Zheng, Jiangzhi Chen, Xia Zhao, Shenghua Mei, In Situ Experimental Study of Talc Carbonation in C-O-H Fluid: Implications for the Deep Carbon Cycle, Geochimica et Cosmochimica Acta (2025), https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.03.015.