第八届青年地学论坛

碳在地球上无处不在，碳酸盐矿物是碳经由俯冲作用进入深部的主要搬运者。这些碳酸盐矿物主要为CaCO₃，约占全球碳通量的75％，控制着深部地幔中的地球化学演化和地球动力学过程。碳酸盐的命运显著受俯冲带氧化还原状态影响，例如在高度还原条件下，碳酸盐矿物可以与含H₂的流体、铁-镍金属反应，形成单质碳。地幔岩石氧逸度的定量研究表明，俯冲带浅部氧逸度（ƒO₂）值为∆FMQ+1～-2之间。此外，岩石学观察报告了石墨与碳酸钙共存的现象，然而它们的具体形成过程以及在深部的含量仍不明确。因此，研究不同氧逸度条件下CaCO₃的行为对于理解深部碳循环至关重要。
本研究通过控制不同氧逸度条件（Re-ReO₂，Ni-NiO，C-CO₂），研究了1.2-3.0 GPa, 300-1200 ºC钙质碳酸盐的稳定性。实验结果显示，在1.8-3.0 GPa, 230-900 ºC相对氧化的条件下，文石CaCO₃将迅速还原为石墨。此外，石墨仅形成于文石的稳定域内，而方解石CaCO₃始终保持稳定，表明晶体结构是影响CaCO₃还原作用的另一重要因素。
文石CaCO₃的分解可能是深部单质碳形成的重要机制。此外，石墨的形成能够约束深部碳的存储和运移方向。俯冲带富水条件下，尤其是富含硅酸盐条件下，石墨具有较高溶解度，有利于碳进入弧下区域进而返回地表；贫水条件下，石墨能够稳定俯冲至深部地幔，为深部碳循环过程提供约束。
 

俯冲带 碳酸钙 氧逸度 石墨