新的研究发现，海洋转换断层是重要的、以前被低估的二氧化碳汇，挑战了关于地球地质碳循环的现有观念。本研究强调了自然地质排放在塑造地球气候历史中的关键作用，并强调了在应对当代气候变化的背景下对这些过程进行更深入了解的必要性。上图是蚀变的地幔岩石切面。来源:Solvin Zankl
研究岩石就像阅读一本书。伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)海洋化学与地球化学系的副科学家弗里德·克莱因(Frieder Klein)说，这块岩石有一个故事要讲。
克莱因和他的同事们分析了圣保罗海洋变形断层中的圣彼得和圣保罗群岛的水下侧翼的岩石，这些岩石距离巴西海岸约500公里，讲述了一个关于部分地质碳循环的迷人而未知的故事。
转换断层是构造板块相互移动的地方，是地球上三个主要板块边界之一，全球长度约为48,000公里，其他两个是全球洋中脊系统(约65,000公里)和俯冲带(约55,000公里)。
转换断层在碳循环中的作用
海洋中脊和俯冲带的碳循环已经研究了几十年。相比之下，科学家对海洋转换断层中的二氧化碳的关注相对较少。克莱因说，在相当长的一段时间里，转换断层被认为是“有些无聊”的地方，因为那里的岩浆活动很低。“我们现在拼凑起来的是，沿着这些海洋转换断层暴露出来的地幔岩石代表了一个潜在的巨大的二氧化碳汇，”他说。
地幔的部分融化释放出的二氧化碳被热液流体带走，与靠近海底的地幔发生反应，并在那里被捕获。
首席科学家弗里德·克莱因和深度漫游者飞行员艾伦·斯科特探索水下碳酸盐平台。来源:Novus Select
这是以前不知道的地质碳循环的一部分，”克莱因说，他是发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一项新期刊研究的主要作者。由于在以前对全球地质二氧化碳通量的估计中没有考虑转换断层，岩浆二氧化碳向改变的海洋地幔和海水的质量传递可能比以前想象的要大。”
地质排放与气候
克莱因说:“与人为或人为驱动的二氧化碳排放量相比，转换断层排放的二氧化碳量微不足道。”“然而，在地质时间尺度上，在人类排放如此多的二氧化碳之前，地幔的地质排放——包括转换断层——是地球气候的主要驱动力。”
正如该论文所述，“全球人为二氧化碳排放量估计为每年360亿吨(Gt)，使大气和水圈平均地质排放量(每年0.26亿吨)的估计相形见绌。”然而，在地质时间尺度上，来自地幔的二氧化碳排放对于调节地球的气候和可居住性以及包括海洋、大气和岩石圈在内的地表储层中的碳浓度至关重要。”克莱因补充说:“当然，这是在人为燃烧化石燃料之前。”
通过地质研究了解气候变化
“为了充分了解现代人类引起的气候变化，我们需要了解地球过去深处的自然气候波动，这与地球自然碳循环的扰动有关。“我们的工作提供了对地幔和海洋/大气系统之间长期碳通量的见解，”合著者、佛蒙特州本宁顿学院教员蒂姆·施罗德说。“数百万年来，这种碳通量的巨大变化导致地球气候比现在温暖或寒冷得多。”
为了更好地理解地幔和海洋之间的碳循环，克莱因、施罗德和同事们研究了圣保罗转换断层中“地幔橄榄岩矿物碳酸化过程中”肥皂石和其他含菱镁矿组合的形成。“在转换断层根区内或下方的岩浆活动以及随后的脱气作用的推动下，断层构成了富含二氧化碳的热液流体的管道，而橄榄岩的碳酸化则代表了排放二氧化碳的潜在巨大汇。”
研究人员在论文中认为，“低熔融程度的结合，产生了富含不相容元素，挥发物，特别是二氧化碳的熔体，以及海洋转换断层中橄榄岩的存在，创造了有利于广泛矿物碳酸化的条件。”
这些岩石是在2017年前往该地区的一次巡航中使用载人车辆收集的。
发现并分析这些岩石”是梦想成真。我们在12年前就预测了碳酸盐改变的海洋地幔岩石的存在，但我们在任何地方都找不到它们，”克莱因说。“我们去群岛探索低温热液活动，我们在那里没有发现任何这样的活动。令人难以置信的是，我们能够在变形断层中找到这些岩石，因为我们在寻找其他东西时偶然发现了它们。”
参考文献:《海洋转换断层中岩浆脱气和熔融浸渍推动的橄榄岩矿物碳酸化》，作者:Frieder Klein、Timothy Schroeder、csamdric M. John、Simon Davis、Susan E. Humphris、Jeffrey S. Seewald、Susanna Sichel、Wolfgang Bach和Daniele Brunelli, 2024年2月12日，美国国家科学院院刊。DOI: 10.1073 / pnas.2315662121
这项研究的资金由Dalio海洋倡议、世界卫生组织的独立研究与发展计划和国家科学基金会提供。
