Карбонатитовая жидкость служит переносчиком углерода от плиты к субдуцирующей мантии

Глубинный цикл углерода в зонах субдукции влияет на долгосрочную обитаемость поверхности Земли, регулируя концентрации CO₂ в атмосфере. Однако до сих пор оставалось неясным, как именно углерод переносится от погружающейся плиты к мантии под островной дугой.

Исследовательская группа под руководством профессора Чжана Голяна из Института океанологии Китайской академии наук обнаружила, что водные карбонатитовые жидкости являются повсеместным агентом, переносящим углерод от плиты к субдуцирующей мантии. Исследование было опубликовано в журнале Communications Earth & Environment 15 марта.

Учёные определили фазовые соотношения в субдуцирующих карбонатизированных пелитах с помощью экспериментов при высоком давлении и температуре. Результаты показали, что частичное плавление давало водные силикатные расплавы при 2,5–4 ГПа, тогда как жидкости вблизи солидуса при 5–6 ГПа были водными, кальциевыми карбонатитовыми жидкостями, которые сменялись карбонатизированными силикатными расплавами при более высоких температурах. Минимальные температуры, необходимые для образования силикатных расплавов, возрастали с увеличением давления от 2,5 до ~4,5 ГПа, но снижались примерно на 50–60°C между 4,5 и 6 ГПа, когда начальные жидкости становились по существу карбонатитовыми.

В рамках солидуса для карбонатизированных пелитов в присутствии флюида, установленного в этом исследовании, ранее построенной термической структуры плиты и поля стабильности серпентинизированных водных минералов, было показано, что флюидное плавление карбонатизированных пелитов и образование водных карбонатитовых жидкостей происходят в промежуточных термических режимах на глубинах ~150–180 км.

«Карбонатитовая жидкость как среда для переноса углерода от плиты к мантии на глубинах под островной дугой не ограничена самыми горячими условиями или плавлением богатых кальцием литологий, как считалось ранее», — отметил первый автор исследования доктор Чэнь Вэй. Профессор Чжан добавил, что работа даёт новое представление о механизме декарбонизации субдуцирующей плиты и проливает свет на углеродный цикл между поверхностью Земли и её глубокими недрами.