中国东北新生代火山区CO_2释放规模与成因

板片俯冲过程将地表碳带入地球内部,火山作用将深部碳输送至地球外部圈层,两者构成了地球深部碳循环的主要方式,进而影响了地史时期的气候变化。我国东北新生代火山活动被认为是太平洋板片深俯冲作用的产物,板片俯冲导致岩浆源区强烈的碳酸盐组分交代作用,进而使东北亚上地幔成为一个新生代时期的巨型深部碳库,它的活动和释放将会对全球的气候与环境变化造成重要影响。然而,有关该深部碳库向当今大气圈输送CO_2气体的规模及其演化过程尚不清楚,从而影响了进一步定量评估该碳库在全球变化研究中的地位和作用。针对上述科学问题,本文对我国东北长白山、五大连池和阿尔山火山释放CO_2气体的规模与成因进行了研究。结果表明,东北新生代火山区的土壤CO_2释放通量介于9.6～41.2g·m~(-2)·d~(-1)之间,每年向当今大气圈释放CO_2气体约为2.1Mt(其中,长白山火山区为0.94Mt,五大连池火山区为1.2Mt)。气体地球化学研究证实,长白山与五大连池火山气体均起源于太平洋板片深俯冲环境;但是,与长白山相比,五大连池火山气体具有较高比例壳源组分贡献。阿尔山火山气体的成分与长白山和五大连池火山区存在着明显的差异,它们以N_2为主( 95%),并且其δ~(15)N_(N_2)值高于空气值(1.3‰～1.9‰),~3He/~4He比值较低(0.14～0.18R_A),δ~(13)C_(CO_2)较轻(-13.7‰～-6.2‰),表明壳源富氮有机沉积物的贡献占比较大的比例。上述特征进一步表明,阿尔山火山气体在上升经过地下水时可能滞留了较长时间,混染了大量的陆壳组分,其源区并未受到太平洋板片俯冲物质的显著影响。     

青藏高原南部及邻区深部碳释放规模与成因

不同构造背景下的深部碳释放通量与机制研究对于深刻理解长时间尺度的气候变化具有重要意义,以往的相关研究多集中在洋中脊、大洋俯冲带和大陆裂谷等地质单元,缺少对大陆碰撞带深部碳释放规模与机理的关注,从而制约了对大陆碰撞带深部碳循环过程及其气候环境效应的进一步认识。青藏高原起源于印度和欧亚大陆的碰撞,是研究大陆碰撞带深部碳循环的理想地区。为此,在近年来青藏高原温室气体释放野外观测与研究的基础上,本文估算了高原南部及邻区火山-地热区的CO₂释放规模并探讨了其释放模式。气体He-C同位素地球化学与温泉水热活动特征等显示,青藏高原南部及邻区的深部碳释放主要受深部岩浆房、断裂和浅部水热系统等因素的控制。依据深部流体源区和上升运移控制因素的差异,可以将青藏高原南部及邻区的深部碳释放划分为三大类：(1)以壳内水热系统脱碳为主的藏南地区;(2)深大断裂控制的以水热系统脱碳为主的川西地区;(3)深部岩浆房和浅部水热系统共同控制的滇西南地区。青藏高原南部土壤微渗漏CO₂释放通量介于18.7～52.3Mt/yr之间,温泉溶解无机碳释放通量约为0.13Mt/yr;高原邻区...     

青藏高原东南缘腾冲后碰撞粗面安山岩形成的深部岩浆过程:来自辉长质物质的启示

位于青藏高原东南缘的腾冲火山区发育大量的后碰撞高钾钙碱性岩浆岩(8Ma至今),形成了近连续的玄武岩-玄武安山岩-粗面安山岩-英安岩系列。在晚更新世(0.3～0.4Ma)粗面安山岩中发现了大量的辉长岩包体与辉长质矿物聚晶。辉长岩包体分为两类:I类为辉长苏长岩(直径2～4cm),主要由斜长石(50%～60%)、单斜辉石(20%～30%)和斜方辉石(5%～10%)组成,矿物间呈高角度接触的开放结构并包含少量的基质玻璃; II类辉长岩包体(直径2～12cm)主要由斜长石(40%～50%)与单斜辉石(30%～40%)组成,含少量铁钛氧化物(5%～10%),矿物间见少量的基质玻璃与微晶斜方辉石(粒径50μm)。矿物聚晶(粒径2～5mm)由斜长石(40%～60%)、单斜辉石(20%～30%)和斜方辉石(5%～10%)组成,矿物间呈高角度接触的开放结构,其间贯入基质玻璃。辉长岩包体、矿物聚晶与寄主粗面安山岩斑晶具有相同的矿物组成(斜长石+单斜辉石+斜方辉石);单斜辉石具有相似的微量元素组成特征;辉长岩包体全岩主量元素成分落在玄武岩-玄武安山岩-粗面安山岩-英安岩的演化序列中,它们与寄主粗面安山岩具有一致的Sr-Nd-Pb同位素组成。上述观测结果表明,辉长岩包体和矿物聚晶与寄主岩浆同源,它们均来自粗面安山质岩浆房。矿物温度与压力计算结果表明,辉长岩包体与矿物聚晶的结晶温度低于斑晶,形成深度位于粗面安山质岩浆房的中上部。这些具有开放结构的矿物聚晶与辉长岩包体可能代表粗面安山质岩浆喷发前形成晶粥的"碎片":矿物聚晶与I类辉长岩包体矿物间基质含量较高,矿物成分与寄主粗面安山质熔体(全岩成分)平衡,可能代表寄主粗面安山质岩浆形成的晶粥; II类辉长岩包体矿物间紧密程度较高,矿物与较演化的岩浆平衡,可能代表早期较演化的岩浆形成的经历压实作用的晶粥。粗面安山质岩浆的快速上升将这些晶粥破碎并以辉长岩包体与矿物聚晶的方式运移至地表。岩浆房中基性岩浆的补给是导致安山质岩浆喷发的重要诱发机制。