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近日，深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗室程南飛副研究員（第一作者）、周義明研究員（通訊作者）及其合作者在地球科學(xué)國際權威雜志《Communications Earth & Environment》上發(fā)表了題為“Carbon-silicon species are unlikely in subduction-zone fluids”的研究成果。

該研究聚焦于俯沖帶中的含碳流體。這些流體在地球深部碳循環(huán)和全球氣候變化中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用（圖1）。鑒于地球內部以硅酸鹽為主，含水流體中碳-硅種型（C-Si species）的存在性對于評估從俯沖板塊到地幔楔塊并最終到地球表面的碳通量的規模至關(guān)重要，但該存在性仍然存在爭議。為了解決這一爭議，我們在與以往實(shí)驗研究相當的俯沖帶條件下，利用可視反應腔（例如，熱液金剛石壓腔）和拉曼光譜儀對含有碳和硅的高溫高壓流體進(jìn)行了全面的原位調查。實(shí)驗結果顯示，在接近C-CO₂緩沖劑的氧化條件下，未發(fā)現任何碳-硅種型存在的證據（見(jiàn)圖2）。值得注意的是，在還原條件下，在不含硅酸鹽的含CH₄高溫流體甚至是純CH₄氣相中，出現了一個(gè)靠近CH₄主峰的肩峰（圖3）。這在以前被解釋為碳-硅種型的證據，我們的結果表明它只是來(lái)自CH₄的熱峰。因此，俯沖帶流體中不大可能存在碳-硅種型，我們無(wú)需根據該假設調整現有的深部碳循環(huán)模型。

圖1. 以深部碳循環(huán)為視角的俯沖帶示意圖。碳通過(guò)多種途徑參與深部循環(huán)：(I)沉積巖和大洋巖石圈（即地殼和巖石圈地幔）巖石向俯沖帶輸入碳。(II)在俯沖過(guò)程中，碳通過(guò)脫揮發(fā)分作用、溶解及部分熔融等方式從俯沖板塊中釋放。(III)部分碳被進(jìn)一步帶入地幔深處并儲存；(IV)一部分碳通過(guò)弧火山作用重新返回地表。需要注意的是，俯沖板片中碳的釋放可以用兩種端元模式來(lái)解釋。①傳統模式：認為俯沖板塊釋放的流體和熔體導致地幔楔發(fā)生部分熔融，從而產(chǎn)生弧巖漿；②混雜巖（mélange）模式：認為俯沖板塊的沉積物、蝕變洋殼和水化的地幔物理混合形成的混合巖，以底辟（diapirs）的形式上升到地幔楔，熔化后產(chǎn)生弧巖漿。

圖2. 比較純H₂O（H1實(shí)驗）、SiO₂-H₂O（S1實(shí)驗）和SiO₂-COH（S2-6實(shí)驗）體系在800 ℃和約1.5 GPa下超過(guò)一小時(shí)的含水流體拉曼光譜。請注意，光譜的基線(xiàn)已校正，強度已根據近3600 cm^-1處的H₂O峰高進(jìn)行了歸一化處理。

圖 3 2800-3000?cm^-1波長(cháng)區域內從高溫到低溫還原的含CH₄的含水流體和氣相的拉曼光譜擬合結果。在C1實(shí)驗中，鋯石被用作壓標。800和850 ℃的拉曼光譜是在加熱過(guò)程中收集的，而400和25 ℃的光譜則是在達到最高溫度后冷卻過(guò)程中獲得的。在C2實(shí)驗中，沒(méi)有使用壓標，以消除潛在的硅酸鹽干擾。600和700 ℃的拉曼光譜是在加熱過(guò)程中采集的，而400和25 ℃的拉曼光譜是在達到最高溫度后冷卻過(guò)程中采集的。請注意，紅色曲線(xiàn)表示擬合的CH₄主峰，藍色曲線(xiàn)表示擬合的肩峰。

論文信息：Cheng N., Chou I.-M.*, Chen Y., Duan Z., Wang X. and Yan H. (2025) Carbon-silicon species are unlikely in subduction-zone fluids. Communications Earth & Environment, 6.