地幔氧化还原状态研究获进展

近日，中国科学院广州地球化学研究所副研究员高名迪与研究员王煜、中国科学院院士徐义刚，以及澳大利亚国立大学教授Stephen Foley合作，通过高温高压实验与超深金刚石包裹体成分对比研究，揭示了再循环碳酸盐如何改变地幔氧化还原状态，及对克拉通演化和深部碳循环的影响。相关成果发表于《科学进展》。

研究团队利用多面砧压机，在9至21GPa高压条件下开展了板片碳酸质熔体与含金属铁地幔橄榄岩的反应实验，并将不同氧逸度条件下实验产物成分与克拉通内超深金刚石包裹体成分进行了对比。结果发现，不同克拉通内超硅石榴子石和铁方镁石包裹体记录了显著不同的地幔氧化还原状态，南非Kaapvaal克拉通内超深金刚石包裹体整体指示了氧化的地幔环境，而巴西Amazonia克拉通内超深金刚石包裹体则反映了一个整体还原的地幔环境。

研究团队进一步将实验结果与板块重建工作相结合，认为地幔热状态在该过程中起到决定性作用。在非地幔柱条件下，板片碳酸质熔体在与还原地幔反应过程中被逐渐消耗，直至完全被还原冻结为金刚石及Fe-C金属相，因此地幔整体仍保持高度还原的状态。而在地幔柱背景下，碳酸质熔体与地幔的反应过程会诱发地幔组分溶解至熔体中，其中溶解的Fe3+组分会缓冲碳酸盐的还原冻结过程，进而使得碳酸质熔体在与还原地幔反应的过程中稳定存在。当氧化的碳酸质熔体上升迁移至克拉通根后，会进一步诱发克拉通根活化、岩石圈根拆沉与地表隆升，以及大规模火山作用和二氧化碳释放。

该研究提出了一种统一模型，解释了俯冲碳在不同地幔热状态下对氧化还原条件的调控路径，并指出这种机制对克拉通稳定性与深部碳循环具有关键意义。研究结果不仅加深了对地幔氧化还原状态演化、克拉通稳定性差异及金刚石形成机制的理解，也为全球碳循环提供了新视角。