地幔是地球上最大的“碳儲庫”，封存了地球上絕大部分的碳。通過大洋鉆探，我國科學家首次在南海發現巖石圈“脫碳換骨”的秘密：南海地幔深部存在一種高度富碳的新型巖漿，可在巖石圈的作用下“脫碳”，連續轉化為堿性玄武巖。
地球是由大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈等圈層有機組成的一個整體，碳元素在這些圈層之間循環運動。研究全球碳循環，對于理解現今及未來大氣圈層的二氧化碳濃度及變化趨勢至關重要，與人類賴以生存的環境息息相關。
我國科學家南海大洋鉆探的這一新發現，打開了揭秘地球深部碳循環一扇新的窗戶，將大大推動有關深部碳對巖漿活動、地表環境的影響等相關研究。
據這項研究負責人、中國科學院海洋研究所張國良研究員介紹，2014年，在第二次南海大洋鉆探IODP 349航次中，“決心”號在南海深水海盆、約4000米深的海底，成功鉆取到火山角礫。
航次后，中外科學家合作對這些珍貴樣品進行了地球化學、同位素化學和礦物學的深入研究，證明了這是一種新型的、硅含量很高的碳酸質母巖漿。這種巖漿從深部地幔上升并和巖石圈相互作用后，脫“碳”換骨，就變成了很常見的堿性玄武巖。
碳酸巖作為一種巖漿，過去早已被科學家發現過，但這些碳酸巖的硅含量很低，與實驗室里推算的原始高硅碳酸巖巖漿是矛盾的。因此，科學家推測：也許已發現的低硅碳酸巖巖漿并不是地幔直接產生的，而很可能是由富碳酸巖的母巖漿演化而成的。
“這種母巖漿只在實驗室里出現過，到底是否真實存在于地球上，一直是個謎。通過在南海深部鉆探，首次發現硅含量很高的碳酸鹽母巖漿，證明了科學家的推測。”張國良說，“更為重要的是：我們在南海首次發現的這種新類型巖漿，構成了一個從富硅碳酸巖至堿性玄武巖的連續變化，出現了一個過去研究從未想到的事實：堿性玄武巖可以由碳酸巖母巖漿演化而成。”
他帶領課題組進一步推測認為，地球內部可能存在大量這種新類型的母巖漿，只是這種巖漿上升并經過巖石圈后，脫“碳”換骨，把自己變成了很常見的堿性玄武巖。而且，巖石圈越厚，脫碳能力就越強。因此，通過脫去大量二氧化碳，巖石圈起到了阻止二氧化碳遷出地表的重大作用，仿佛一道“天然屏障”，保護了人類賴以生存的地表環境。
這一發現還表明南海深部存在一個異常的地幔區域。“堿性玄武巖在全球大洋中分布十分廣泛，全球海山大多由堿性玄武巖組成。但南海是第一個發現碳酸質母巖漿的地方，全球有多少堿性玄武巖是來自這種碳酸質巖漿？這是一個涉及深部碳循環以及地球內、外相互作用的重大科學問題。”張國良說。
業內專家認為，我國科學家在南海的這項最新發現，對于進一步認識二氧化碳在巖漿起源和演化中的作用，也具有重要科學意義。
近日，國際知名學術期刊《自然—地球科學》已在線刊登了這項南海大洋鉆探的最新發現。該項研究得到中國科學院戰略性先導科技專項（海洋專項）和國家優秀青年科學基金的共同資助。
