Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Xiao Yilin von der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) entdeckte die ersten mehrphasigen kohlenstoffhaltigen Einschlüsse in Diamant-Magnesit-Methan-Koexistenz in Peridotit im tiefen Mantelkeil Subduktionszone mithilfe der 3D-Raman-Bildanalysetechnik. Die Ergebnisse wurden im veröffentlicht National Science Review.
Kohlenstoff aus der Schale gelangt durch Subduktion in den Mantel. Dabei werden kohlenstoffhaltige Schmelzen/Flüssigkeiten von der subduzierenden Platte freigesetzt und nach oben in den Mantel transportiert. Der größte Teil des Kohlenstoffs wird durch Inselbogenvulkanismus in Form von Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre exportiert, eine bestimmte Menge Kohlenstoff bleibt jedoch in Form von Ultrahochdruckmineralien (z. B. Diamant, Magnesit) im Erdmantel transportiert und gespeichert ). Die Identifizierung des im Erdmantel gespeicherten Kohlenstoffs ist von großer Bedeutung für das Verständnis des tiefen Kohlenstoffkreislaufs und der Kohlenstofftransportprozesse.
In dieser Studie wählten die Forscher einen typischen Mantelkeilperidotit aus einer metamorphen Ultrahochdruckzone (Orogengürtel Dabie) aus und führten detaillierte petrographische Studien und Studien zur Einschlusszusammensetzung durch.
Sie fanden heraus, dass es sich bei den Einschlüssen in Olivin und Zirkon um primäre Einschlüsse handelt, die die chemische Zusammensetzung der kohlenstoffhaltigen Schmelze/Flüssigkeit im tiefliegenden Mantelkeil der Subduktionszone darstellen. Raman-Analysen zeigten, dass das Ultrahochdruck-Indikatormineral Diamant sowohl in Olivin als auch in Zirkon eingefangen wurde und gleichzeitig vorhandene mehrphasige kohlenstoffhaltige Einschlüsse (Diamant-Magnesit-Methan) in Olivin durch dreidimensionale Bildgebung identifiziert wurden.
Das Vorhandensein von Karbonateinschlüssen in Granatlinsen, die in Peridotitkörpern eingefangen wurden, deutete darauf hin, dass CO32- die dominierende kohlenstoffhaltige Phase in CHO-Flüssigkeiten der Subduktionszone sein könnte. Während der Subduktion der Platte reagierte Rhodochrosit mit H2O unter Bildung mehrphasiger Einschlüsse (Magnesit + CH4 + Diamant). Von subduzierenden Platten freigesetzter Kohlenstoff kann im darüber liegenden Mantelkeil als Diamant + Methan + Magnesit gespeichert werden. Oxidierte Karbonate wurden in CH4, Magnesit und feuerfesten Diamant umgewandelt, als die Platte in Subbogentiefen abtauchte, wodurch der Prozess des tiefen Kohlenstoffkreislaufs realisiert wurde.
Diese Studie hat wichtige Implikationen für ein tieferes Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs in der Tiefe unter Subduktionszonenbögen, insbesondere in reduzierenden Umgebungen.
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Xiaoxia Wang et al., Tiefer Kohlenstoffkreislauf während der Subduktion, entdeckt durch die Koexistenz von Diamant-Methan-Magnesit in Peridotit, National Science Review (2023). DOI: 10.1093/nsr/nwad203