地質地球所通過騰衝火山區的溫室氣體釋放揭示大陸俯衝帶深部碳...

2021-01-07 中國科學院

　　俯衝帶火山活動能夠將地球深部的碳輸送至大氣圈，並已成為深部碳循環機制與規模研究的重要對象。長期以來，國內外學者針對大洋俯衝帶開展了大量的火山區溫室氣體釋放通量與成因方面的研究工作。然而，關於大陸巖石圈俯衝過程導致的火山活動與深部碳排放的研究卻鮮有報導。青藏高原東南部的騰衝火山區具有大規模的全新世火山噴發活動和強烈的現今水熱活動（圖1）。火山巖地球化學研究與地震層析成像研究表明，騰衝火山區具有印度大陸巖石圈俯衝的地球動力學背景，使其成為研究大陸俯衝帶火山區溫室氣體釋放通量與成因的理想地區。

　　在上述研究背景下，中國科學院地質與地球物理研究所新生代地質與環境研究室火山作用與環境演化學科組博士後張茂亮與導師郭正府等人合作，在騰衝火山區開展了火山區溫室氣體釋放通量的原位測量、溫泉氣體與土壤微滲漏氣體的地球化學研究工作，並獲得如下進展：

　　（1）利用密閉氣室法測量並估算了騰衝熱海公園地區的土壤微滲漏CO2釋放通量，約為6.30 × 105 t a-1。結合前人研究資料，估算得到整個騰衝火山區的土壤與溫泉釋放的CO2總通量約為 (4.48-7.05) × 106 t a-1。這是該研究組繼定量計算長白山火山區溫室氣體釋放通量（8.48 × 105 t a-1）之後的最新研究成果，為全球火山成因CO2釋放總量資料庫提供了來自我國大陸俯衝帶火山區的基礎數據。

　　（2）He-C同位素混合模型證實了來自印度大陸巖石圈的俯衝物質參與了地幔楔的富集過程，並且富集地幔楔熔體（以殘留巖漿的形式存在於騰衝火山區的地殼深部）脫氣產生的揮發主要受到陸殼碳酸鹽巖混染的影響（圖2）。定量計算結果顯示，富集地幔楔組分對騰衝火山區碳排放總量的貢獻約為45-85%，而其餘的碳則來自受巖漿烘烤的上覆陸殼碳酸鹽巖，表明大陸俯衝帶的幔源巖漿與地殼碳酸鹽巖之間的相互作用是地球深部碳排放的重要機制（圖3）。

　　以上研究成果近期發表於國際期刊《亞洲地球科學雜誌》（Zhang et al. Magma-derived CO2 emissions in the Tengchong volcanic field, SE Tibet: Implications for deep carbon cycle at intra-continent subduction zone. Journal of Asian Earth Sciences, 2016, 127: 76-90）。

　　原文連結

圖1  (a) 騰衝火山區的大地構造格局；(b) 騰衝火山區的新生代火山巖與水熱活動分布圖；(c) 騰衝熱海公園地區的水熱活動與土壤微滲漏測點分布圖

圖2  He-C同位素混合模型揭示大陸巖石圈俯衝導致的地幔楔富集過程與幔源巖漿揮發份的地殼混染過程 

圖3 騰衝火山區的碳排放模式

　　俯衝帶火山活動能夠將地球深部的碳輸送至大氣圈，並已成為深部碳循環機制與規模研究的重要對象。長期以來，國內外學者針對大洋俯衝帶開展了大量的火山區溫室氣體釋放通量與成因方面的研究工作。然而，關於大陸巖石圈俯衝過程導致的火山活動與深部碳排放的研究卻鮮有報導。青藏高原東南部的騰衝火山區具有大規模的全新世火山噴發活動和強烈的現今水熱活動（圖1）。火山巖地球化學研究與地震層析成像研究表明，騰衝火山區具有印度大陸巖石圈俯衝的地球動力學背景，使其成為研究大陸俯衝帶火山區溫室氣體釋放通量與成因的理想地區。
　　在上述研究背景下，中國科學院地質與地球物理研究所新生代地質與環境研究室火山作用與環境演化學科組博士後張茂亮與導師郭正府等人合作，在騰衝火山區開展了火山區溫室氣體釋放通量的原位測量、溫泉氣體與土壤微滲漏氣體的地球化學研究工作，並獲得如下進展：
　　（1）利用密閉氣室法測量並估算了騰衝熱海公園地區的土壤微滲漏CO2釋放通量，約為6.30 × 105 t a-1。結合前人研究資料，估算得到整個騰衝火山區的土壤與溫泉釋放的CO2總通量約為 (4.48-7.05) × 106 t a-1。這是該研究組繼定量計算長白山火山區溫室氣體釋放通量（8.48 × 105 t a-1）之後的最新研究成果，為全球火山成因CO2釋放總量資料庫提供了來自我國大陸俯衝帶火山區的基礎數據。
　　（2）He-C同位素混合模型證實了來自印度大陸巖石圈的俯衝物質參與了地幔楔的富集過程，並且富集地幔楔熔體（以殘留巖漿的形式存在於騰衝火山區的地殼深部）脫氣產生的揮發主要受到陸殼碳酸鹽巖混染的影響（圖2）。定量計算結果顯示，富集地幔楔組分對騰衝火山區碳排放總量的貢獻約為45-85%，而其餘的碳則來自受巖漿烘烤的上覆陸殼碳酸鹽巖，表明大陸俯衝帶的幔源巖漿與地殼碳酸鹽巖之間的相互作用是地球深部碳排放的重要機制（圖3）。
　　以上研究成果近期發表於國際期刊《亞洲地球科學雜誌》（Zhang et al. Magma-derived CO2 emissions in the Tengchong volcanic field, SE Tibet: Implications for deep carbon cycle at intra-continent subduction zone. Journal of Asian Earth Sciences, 2016, 127: 76-90）。
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圖1 (a) 騰衝火山區的大地構造格局；(b) 騰衝火山區的新生代火山巖與水熱活動分布圖；(c) 騰衝熱海公園地區的水熱活動與土壤微滲漏測點分布圖

圖2 He-C同位素混合模型揭示大陸巖石圈俯衝導致的地幔楔富集過程與幔源巖漿揮發份的地殼混染過程 

圖3 騰衝火山區的碳排放模式

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