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地球内部正在“吞噬”比想象中更多的碳 将其锁在深处

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罗晨
2021-07-29 02:54
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[摘要] 来自剑桥大学和新加坡南洋理工大学的科学家们发现,构造板块的“慢动作”碰撞将更多的碳拖入地球内部,这比之前想象的要多。

来自剑桥大学和新加坡南洋理工大学的科学家们发现,构造板块的“慢动作”碰撞将更多的碳拖入地球内部,这比之前想象的要多。他们发现,在俯冲区--构造板块碰撞并潜入地球内部的地方--被吸入地球内部的碳往往被锁在深处,而不是以火山排放的形式重新浮现。

他们的研究结果发表在《自然通讯》上,表明在火山链下回收的碳中只有大约三分之一通过循环回到地表,这与之前的理论相反。

应对气候变化的解决方案之一是找到减少地球大气中二氧化碳含量的方法。通过研究碳在地球深处的表现,科学家可以更好地了解地球上碳的整个生命周期,以及它如何在大气、海洋和地表生命之间流动。

对碳循环最了解的部分是在地球表面或附近,但是深层的碳储存通过调节大气中的二氧化碳水平在维持我们星球的可居住性方面发挥着关键作用。主要作者Stefan Farsang说:“我们目前对地表的碳库和它们之间的通量有比较好的了解,但对地球内部的碳库了解得少得多,这些碳库在几百万年的时间里进行着循环。”

碳被释放回大气层(作为二氧化碳)的方式有很多,但是只有一条路径可以让它回到地球内部:通过板块俯冲。在这里,地表碳,例如以贝壳和微生物的形式,将大气中的二氧化碳锁在它们的壳里,被引导到地球的内部。科学家们曾认为,这些碳的大部分随后通过火山的排放作为二氧化碳返回到大气中。但是新研究显示,在俯冲区被吞噬的岩石中发生的化学反应捕获了碳,并将其送入地球内部更深的地方--阻止其中一些回到地球表面。

该团队在欧洲同步辐射光源(ESRF)设施进行了一系列实验。“欧洲同步辐射光源设施拥有世界领先的设施和我们获得结果所需的专业知识,”共同作者、新加坡国立大学理学院院长西蒙-雷德芬说,“该设施可以在我们感兴趣的高压和高温条件下测量这些金属的极低浓度。”为了复制俯冲区的高压和高温,他们使用了一个加热的 “钻石砧”,通过将两个微小的钻石砧压在样品上实现极端压力。

这项工作支持了越来越多的证据,即碳酸盐岩石(其化学构成与白垩相同)在进入地幔深处时,其钙含量减少,镁含量增加。这种化学变化使得碳酸盐不那么容易溶解--这意味着它不会被吸入供应火山的液体中。相反,大部分的碳酸盐下沉到地幔深处,最终可能成为钻石。

“在这个领域仍有许多研究要做,”Farsang说。“在未来,我们的目标是通过研究碳酸盐在更广泛的温度、压力范围和几种流体成分中的溶解度来完善我们的估计。”

这些发现对于理解碳酸盐形成在我们的气候系统中更普遍的作用也很重要。Redfern说:“我们的结果表明,这些矿物非常稳定,当然可以将大气中的二氧化碳锁成固体矿物形式,从而导致负排放。该团队一直在研究使用类似的方法进行碳捕获,将大气中的二氧化碳转移到岩石和海洋中储存。

“这些结果也将帮助我们了解将碳锁定在固体地球中,脱离大气的更好方法。Redfern说:“如果我们能够以比自然界更快的速度加速这一过程,它可能被证明是一条帮助解决气候危机的途径。”

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