新的研究发现，海洋转换断层是以前被低估的重要的二氧化碳储库，这挑战了关于地球地质碳循环的现有概念。这项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，并强调需要在应对当代气候变化的背景下更深入地了解这些过程。
研究岩石就像读书。伍兹霍尔海洋研究所海洋化学与地球化学部科学家Frieder Klein说，这块岩石有故事要讲。
Frieder Klein和他的同事从距离巴西海岸约500公里的圣保罗海洋转换断层中的圣彼得和圣保罗群岛的淹没侧翼分析的岩石，讲述了一个关于地质碳循环部分的迷人而以前未知的故事。
构造板块相互移动的转换断层是地球上三个主要板块边界之一，全球长度约48000公里，其他断层是全球洋中脊系统（约65000公里）和俯冲带（约55000公里）。
转换断层在全球碳循环中的作用
几十年来，人们一直在研究大洋中脊和俯冲带的碳循环。相比之下，科学家们对海洋转换断层中的二氧化碳关注相对较少。Frieder Klein说，由于那里的岩浆活动较低，转换断层在相当长一段时间内被认为是“有点无聊”的地方。Frieder Klein说：“我们现在拼凑起来的是，沿着这些海洋转换断层暴露的地幔岩石代表了一个潜在的巨大二氧化碳储库。”。
地幔的部分融化释放出二氧化碳，二氧化碳被夹带在热液流体中，与更靠近海底的地幔反应，并在那里被捕获。
这是以前未知的地质碳循环的一部分，”发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项新期刊研究的作者Klein说。由于之前对全球地质CO2通量的估计中没有考虑到转换断层，因此岩浆CO2向蚀变海洋地幔和海水的质量转移可能比之前认为的要大。”
地质排放与气候
Klein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可以忽略不计。”。“然而，在地质时间尺度上，在人类排放如此多二氧化碳之前，地幔的地质排放——包括转换断层的排放——是地球气候的主要驱动力。”
正如该论文所述，“据估计，全球人为二氧化碳排放量约为每年360亿吨，使大气和水圈的平均地质排放量（每年0.26亿吨）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量在调节地球气候和宜居性以及包括海洋、大气和岩石圈在内的地表水库中的碳浓度方面起着关键作用。”Klein补充道，“当然，这是在化石燃料人为燃烧之前。”
通过地质研究了解气候变化
“为了充分了解现代人类造成的气候变化，我们需要了解地球深处的自然气候波动，这些波动与地球自然碳循环的扰动有关。本文的工作为地幔和海洋/大气系统之间的长时间碳通量提供了见解，”“数百万年来，这种碳通量的巨大变化导致地球的气候比今天温暖或寒冷得多。”
论文指出，为了更好地了解地幔和海洋之间的碳循环，Klein等人研究了圣保罗转换断层中皂石“和地幔橄榄岩矿物碳酸化过程中的其他含菱镁矿组合”的形成。“在转换断层根带内或下方的岩浆作用和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的二氧化碳的潜在巨大储库。”
研究人员在论文中认为，“低程度的熔融产生富含不相容元素、挥发物，特别是二氧化碳的熔体，再加上海洋转换断层中橄榄岩的存在，为广泛的矿物碳酸化创造了有利条件。”
这些岩石是在2017年前往该地区的一次巡航中使用载人机器收集的。
作者说，发现和分析这些岩石“是一个梦想成真。12年前，我们就预测到了碳酸盐蚀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。”。“我们去群岛探索低温热液活动，但在那里我们没有发现任何这样的活动。我们能够在一个转换断层中发现这些岩石，这令人难以置信，因为我们在寻找其他东西时偶然发现了它们。”
参考文献：“Mineral carbonation of peridotite fueled by magmatic degassing and melt impregnation in an oceanic transform fault” by Frieder Klein, Timothy Schroeder, Cédric M. John, Simon Davis, Susan E. Humphris, Jeffrey S. Seewald, Susanna Sichel, Wolfgang Bach and Daniele Brunelli, 12 February 2024, Proceedings of the National Academy of Sciences.
图1.本文涉及的蚀变地幔的岩石样品光面
