近日，中国科学院海洋研究所孙卫东课题组在新生代以来弧火山活动与大气二氧化碳波动的耦合联系方面取得新进展。团队通过系统研究提出早新生代的印度陆缘厚沉积碳酸盐层俯冲是同时期大气二氧化碳快速升高的主要驱动力，约五千一百万年前西太平洋俯冲起始后，俯冲带碳释放量减少和大量火山灰风化固碳共同促进了大气二氧化碳的长期下降。相关研究成果在学术期刊Science Bulletin和Acta Geochimica（封面文章）发表。  

　　课题组结合大洋水深数据和冲绳海槽超临界二氧化碳喷口位置，研究解析了高二氧化碳含量的热液喷口形成是富碳酸盐的加瓜海岭俯冲造成。基于俯冲厚碳酸盐层和高碳释放量的联系，结合印度陆缘富碳酸盐沉积物的俯冲时间与早新生代大气二氧化碳增加时刻一致，科研人员进一步提出新生代大气二氧化碳的快速增加可能是由新特提斯闭合陆缘厚碳酸盐层俯冲造成。  

沉积物俯冲脱碳过程示意图

　　前人研究通常认为新生代大气二氧化碳减少受青藏高原隆升的控制，但青藏高原隆升速率与二氧化碳波动曲线并不能很好对应。值得注意的是，新特提斯洋碰撞闭合诱发西太平洋板块俯冲起始，在约五千一百万年后全球俯冲带类型从特提斯被动陆缘俯冲碰撞为主导转变为西太平洋的大洋板块俯冲。相比之下，特提斯被动陆缘沉积物厚，碳酸盐输入量大，而太平洋板块沉积物薄，水深在CCD以深。因此，这种俯冲带类型的转变会导致俯冲沉积碳输入量降低，进而造成弧火山岩浆活动过程中碳通量减少。课题组通过模拟计算，发现西太平洋俯冲带火山年喷发量达到1.11 0.45 km³，弧火山灰每年化学风化释放的阳离子量与现今河流风化输入海洋的量相当。通过海气界面交换，海水中增加的阳离子会促进固碳反应，使大气碳进入海水和沉积物。因此，团队认为西太平洋俯冲起始后火山灰的大量释放，促进了五千一百万年之后大气二氧化碳含量的持续下降。  

新生代以来大气二氧化碳和全球地表温度的波动曲线（a）；近万年来环太平洋地区的火山分布及西太平洋、环太平洋和全球的年平均火山灰释放量估计（b）

　　相关论文第一作者分别为中国科学院海洋研究所博士后田凡凡、李瑞和谢国治，通讯作者为孙卫东研究员。研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院先导科技专项等项目资助。  

　　论文信息:  

　　Tian Fanfan, Li Rui, Xie Guozhi, Wang Kun, Zhang Lipeng, Zhang Xin, Sun Weidong *. 2023. The formation of supercritical carbon dioxide hydrothermal vents in the Okinawa Trough. Science Bulletin, 68(2): 154-156. https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.12.032  

　　Xie Guozhi, Tian Fanfan, Wang Kun, Xiao Yuanyuan, Chen Tianyu, Sun Weidong *. 2023. Coupling between west Pacific subduction initiation in the Cenozoic and decreases of atmospheric carbon dioxides. Acta Geochimica, 42: 387-392. https://doi.org/10.1007/s11631-023-00602-0