海洋所研究發(fā)現(xiàn)新生代以來(lái)俯沖類(lèi)型轉(zhuǎn)變?cè)斐纱髿舛趸己坎▌?dòng)
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫衛(wèi)東課題組在新生代以來(lái)弧火山活動(dòng)與大氣二氧化碳波動(dòng)的耦合聯(lián)系方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)研究提出早新生代的印度陸緣厚沉積碳酸鹽層俯沖是同時(shí)期大氣二氧化碳快速升高的主要驅(qū)動(dòng)力,約五千一百萬(wàn)年前西太平洋俯沖起始后,俯沖帶碳釋放量減少和大量火山灰風(fēng)化固碳共同促進(jìn)了大氣二氧化碳的長(zhǎng)期下降。相關(guān)研究成果在學(xué)術(shù)期刊Science Bulletin和Acta Geochimica(封面文章)發(fā)表。
課題組結(jié)合大洋水深數(shù)據(jù)和沖繩海槽超臨界二氧化碳噴口位置,研究解析了高二氧化碳含量的熱液噴口形成是富碳酸鹽的加瓜海嶺俯沖造成。基于俯沖厚碳酸鹽層和高碳釋放量的聯(lián)系,結(jié)合印度陸緣富碳酸鹽沉積物的俯沖時(shí)間與早新生代大氣二氧化碳增加時(shí)刻一致,科研人員進(jìn)一步提出新生代大氣二氧化碳的快速增加可能是由新特提斯閉合陸緣厚碳酸鹽層俯沖造成。

沉積物俯沖脫碳過(guò)程示意圖
前人研究通常認(rèn)為新生代大氣二氧化碳減少受青藏高原隆升的控制,但青藏高原隆升速率與二氧化碳波動(dòng)曲線(xiàn)并不能很好對(duì)應(yīng)。值得注意的是,新特提斯洋碰撞閉合誘發(fā)西太平洋板塊俯沖起始,在約五千一百萬(wàn)年后全球俯沖帶類(lèi)型從特提斯被動(dòng)陸緣俯沖碰撞為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)槲魈窖蟮拇笱蟀鍓K俯沖。相比之下,特提斯被動(dòng)陸緣沉積物厚,碳酸鹽輸入量大,而太平洋板塊沉積物薄,水深在CCD以深。因此,這種俯沖帶類(lèi)型的轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致俯沖沉積碳輸入量降低,進(jìn)而造成弧火山巖漿活動(dòng)過(guò)程中碳通量減少。課題組通過(guò)模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)西太平洋俯沖帶火山年噴發(fā)量達(dá)到1.11 0.45 km3,弧火山灰每年化學(xué)風(fēng)化釋放的陽(yáng)離子量與現(xiàn)今河流風(fēng)化輸入海洋的量相當(dāng)。通過(guò)海氣界面交換,海水中增加的陽(yáng)離子會(huì)促進(jìn)固碳反應(yīng),使大氣碳進(jìn)入海水和沉積物。因此,團(tuán)隊(duì)認(rèn)為西太平洋俯沖起始后火山灰的大量釋放,促進(jìn)了五千一百萬(wàn)年之后大氣二氧化碳含量的持續(xù)下降。

新生代以來(lái)大氣二氧化碳和全球地表溫度的波動(dòng)曲線(xiàn)(a);近萬(wàn)年來(lái)環(huán)太平洋地區(qū)的火山分布及西太平洋、環(huán)太平洋和全球的年平均火山灰釋放量估計(jì)(b)
相關(guān)論文第一作者分別為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士后田凡凡、李瑞和謝國(guó)治,通訊作者為孫衛(wèi)東研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目資助。
論文信息:
Tian Fanfan, Li Rui, Xie Guozhi, Wang Kun, Zhang Lipeng, Zhang Xin, Sun Weidong *. 2023. The formation of supercritical carbon dioxide hydrothermal vents in the Okinawa Trough. Science Bulletin, 68(2): 154-156. https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.12.032
Xie Guozhi, Tian Fanfan, Wang Kun, Xiao Yuanyuan, Chen Tianyu, Sun Weidong *. 2023. Coupling between west Pacific subduction initiation in the Cenozoic and decreases of atmospheric carbon dioxides. Acta Geochimica, 42: 387-392. https://doi.org/10.1007/s11631-023-00602-0
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