中国科学院：孙卫东-地球深部碳循环新视角

主要观点总结

本文主要探讨了地球深部碳循环的过程及其对地球早期生命演化和大气CO 2含量的影响。文章介绍了原始大气中CO 2和氮气的含量，以及地球深部碳循环如何影响这些气体的分布和转化。文章还详细描述了地幔中碳的分布和转化，包括金刚石的形成和氧化，以及俯冲带在深部碳循环中的重要性。最后，文章还讨论了新生代以来大气CO 2含量的波动与板块俯冲的变化之间的联系。

关键观点总结

关键观点1: 原始大气中CO 2 和氮气的含量。

据估算，地球原始大气含有>110个大气压的CO 2 和>2.6个大气压的氮气。

关键观点2: 地球深部碳循环的过程。

文章详细描述了岩浆海阶段、地幔转换带、下地幔等地球深部的碳循环过程，包括碳的分布、转化和氧化等。

关键观点3: 板块俯冲在深部碳循环中的重要性。

板块俯冲是深部碳循环的重要途径，新生代以来大气CO 2 含量的波动与板块俯冲的变化密切相关。

关键观点4: 地幔中碳的分布和转化对地表碳的影响。

地幔中的碳主要以金刚石的形式聚集在上地幔底部。地表碳可能通过地幔倒转和板块俯冲进入地幔，地幔中的矿物变化会影响上地幔底部的碳循环。

关键观点5: 新生代以来大气CO 2 含量的波动与地表温度和板块俯冲的关系。

印度-欧亚大陆碰撞过程中弧岩浆活动的大量碳释放和西太平洋俯冲起始后俯冲带碳通量的减少等事件，都造成了大气CO 2 和地表温度的波动。

文章预览

原始大气是碳循环的重要起点. 利用火星和金星的大气数据估算, 地球原始大气含有>110个大气压的CO 2 和>2.6个大气压的氮气. 在岩浆海阶段, 地球获得水之后, 原始大气有超过1000个大气压的水蒸气. 此时气-岩界面, 水和二氧化碳均处于超临界状态, 与岩浆海表面发生强烈的蛇纹石化反应, 形成大量的氢, 将氮气还原为氨气; 将CO 2 还原为甲烷, 同时形成碳酸盐. 甲烷、氨气和氢主导的原始大气在闪电的作用下形成大量氨基酸, 为生命起源奠定了基础, 也控制了地球早期的碳-氮循环. 到冥古宙, 大量CO 2 以碳酸盐和有机物的形式被固定下来, 之后主要通过地幔倒转或者板块俯冲进入深部地幔. 碳酸盐在地幔转换带发生“还原固定”(Redox freezing), 在熔体中被二价铁还原转化为金刚石. 在下地幔, Fe 2+ 发生歧化反应, 形成Fe 3+ 和铁单质. 其中, Fe 3+ 主要赋存在布里奇曼 ………………………………