俯冲带碳酸盐稳定性之谜：西阿尔卑斯含碳酸盐榴辉岩揭示大洋地壳深部碳循环机制

这篇研究通过整合岩石学分析、流体包裹体研究和多情景热力学建模，揭示了西阿尔卑斯Zermatt-Saas蛇绿岩中碳酸盐榴辉岩的变质演化过程。研究首次量化了低温俯冲带（<240°C/GPa）中碳酸盐的脱碳效率（30-43%），阐明了碳酸盐相（菱镁矿vs.白云石）、氧逸度（fO2）和流体渗透对碳生存的关键控制作用，为理解地球深部碳循环和地幔氧化过程提供了新的理论约束。

　　

Highlight

本研究通过含碳酸盐榴辉岩的岩石学和热力学分析，揭示了俯冲大洋地壳中碳酸盐矿物的命运：在低温俯冲带（<240°C/GPa）条件下，约30-43%的碳酸盐会通过溶解和变质脱碳作用流失。菱镁矿样本记录了更高的氧逸度（ΔFMQ=+1.3）和压力（2.80 GPa），而白云石样本则显示较低氧化状态（ΔFMQ=+0.4）。

关键发现

1. 含菱镁矿榴辉岩的峰期条件为2.80 GPa/575°C（相当于205°C/GPa），其高压成因与碳酸盐相变相关的重结晶过程有关；

2. CO₂流体包裹体是深部碳迁移的直接证据；

3. 开放系统模型显示，500°C低温条件下完全脱碳需要大量流体渗透，而在俯冲弧深度，微量流体即可显著提升脱碳效率。

机制解析

• 低温俯冲带（<270°C/GPa）：硬柱石脱水主导脱碳

• 中温俯冲带（330-360°C/GPa）：绿帘石-角闪石分解驱动变质反应

• 热梯度差异导致碳释放的阶段性特征

Conclusion

该研究建立了俯冲带热梯度-脱碳效率的定量关系，证实冷俯冲系统更有利于碳向深部地幔输送。碳酸盐在俯冲板片中的"生存竞赛"受多重因素调控，这些发现为理解地球深部碳库的形成和地幔氧化历史提供了关键约束。