俯沖帶條件下滑石與C-O-H流體的碳酸化反應研究取得新進展

近日，中國科學院深海科學與工程研究所深海極端環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TOP期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上發表了一篇題為“In-Situ Experimental Study of Talc Carbonation in C-O-H Fluid: Implications for the Deep Carbon Cycle”的學術論文。

地球深部碳遷移是地質尺度碳循環過程的重要組成部分，而俯沖帶是碳從地表進入地幔的主要通道。在板塊持續俯沖過程中，溫壓梯度的急劇升高協同流體活動性增強，驅動俯沖板片內部發生多尺度物質重組—包括礦物的相態轉變、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等。這些受熱力學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響應的成因機理，不僅能夠幫助認識地球內部物質的輸運過程，更能夠深化對板塊俯沖動力學、殼幔相互作用乃至地幔對流模式的系統認知，具有重要的科學意義。

本研究采用金剛石壓腔（DAC）結合原位拉曼光譜技術，系統研究了俯沖帶溫度壓力條件下滑石與C-O-H流體的碳酸化反應過程。研究結果發現滑石在溫度> 250°C、壓力>1 GPa時，可快速轉化為菱鎂礦與石英，有效地將流體中的CO₂封存到新形成的熱力學更穩定的菱鎂礦中，從而被挾帶進入地球深部（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的動力學過程。本研究的結果構建了滑石碳酸化反應的熱力學相圖，為更好地理解地球深部碳循環過程和受相變影響所致的地球動力學行為提供了必要的實驗約束。

滑石穩定性和俯沖帶的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.