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喜馬拉雅山脈“碳源”,還是大量吸收CO2的“碳匯”

文章來源:中國科學報高危言 王靜2012-04-25 12:50

對全球氣候變化產生重大影響的喜馬拉雅山脈與青藏高原,在全球碳循環過程中究竟扮演何種角色?它是向大氣排放CO2的“碳源”,還是大量吸收CO2的“碳匯”?
 
近年來,國際上一些學者認為喜馬拉雅山脈是“碳源”,喜馬拉雅造山運動可能導致了全球變暖。
 
然而,在日前于武漢召開的“全國地質構造與地球動力學學術研討會”上,中國地質科學院地質研究所研究員劉焰對此觀點提出質疑。
 
他的研究結論與部分國際學者恰恰相反:喜馬拉雅山脈和青藏高原不是“碳源”,而是“碳匯”。
 
來自地殼的火成碳酸巖
 
近日,在中國地質科學院辦公大樓里,《中國科學報》記者見到了劉焰。

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他告訴《中國科學報》記者,10年前,他曾在喜馬拉雅山脈最東端,也就是“雅魯藏布大峽谷”地區內,識別出一種特殊碳酸巖類巖石。在國家自然科學基金資助下,他進一步研究發現,這種巖石是一種新類型的巖漿巖,即殼源火成碳酸巖,也就是來自地殼物質的火成碳酸巖。
 
而在此之前,地學界的傳統認識是,火成碳酸巖來源于地幔。
 
“來源于地殼與來源于地幔的火成碳酸巖有什么區別?”記者問。
 
“前者基本不含稀土,其同位素比值與來源于地幔的也有很大不同。特別是巖石中的碳酸鹽類礦物,常含有水、CO2氣體等所組成的氣—液混合流體包裹體,而幔源火成碳酸巖不具備這種特征。”劉焰說。
 
劉焰的論文于2006年第1期《亞洲地質科學》(Journal of Asian Earth Sciences)上刊發后,受到國際同行們廣泛關注,并被作為典型案例廣為引用。隨后,劉焰又發現該種殼源火成碳酸巖呈近南北向巖脈,出現于青藏高原岡底斯花崗巖基之中。

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“碳匯”新證據
 
“青藏高原岡底斯花崗巖基內的殼源碳酸巖是如何形成的?”劉焰不禁思考。
 
地學界很多人都知道,組成山脈的巖石,遭受持續不斷的化學風化作用,山脈不斷被剝蝕,同時大量消耗大氣圈中CO2,在喜馬拉雅山前形成新生的含碳酸鹽巖石。與此同時,喜馬拉雅山脈南緣的植物、動物也被快速掩埋,最終轉化為有機碳。這種含有有機碳和碳酸鹽類的巖石被稱為“西瓦里克雜巖”。
 
“隨著小印度陸塊持續不斷向北楔入大亞洲陸塊之下,消耗巨量大氣圈里的CO2所形成的富含碳元素的‘西瓦里克雜巖’,被帶入藏南高原之下,在含水和(超)高溫條件下部分熔融,形成了富含CO2的巖漿,即殼源火成碳酸巖漿。”劉焰說。
 
“殼源火成碳酸巖漿上升到地表附近冷凝成巖,形成了現今藏南廣泛分布的火成碳酸巖。其中一部分碳酸巖漿,遇到地熱水,被帶至地表,再次重返大氣圈。”
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他解釋說,青藏高原之所以能向大氣圈排放CO2,是因為其內部有碳元素。而其碳元素來自大氣圈中的CO2,是再循環的碳。如果青藏高原是“碳源”,那么其內部就不應該存在新生的碳酸巖漿,它們應該全部再轉化為CO2排放進入大氣圈。
 
因此,青藏高原內部殼源火成碳酸巖的存在充分證明,在全球碳循環中,青藏高原實際上是扮演了“碳匯”的角色,表明喜馬拉雅和藏南是晚中新世以來,大氣CO2的一個巨大儲存地。
 
“劉焰提出了一個假設。雖然這個假設目前在學術界有些爭議,但板塊運動參與碳循環的觀點值得關注。此前,科學家對于氣候變化的研究主要集中在地球表面。大氣中CO2增加,是自然界排放得多還是人類活動排放得多?這一問題十分值得探討。”就這一發現,北京大學教授張晉江如是評價。

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中科院青藏高原研究所副所長劉小漢告訴《中國科學報》記者,劉焰的工作可能是一個重大進展,非常了不起。在劉焰之前,學術界對于地球深部的研究從來沒有考慮到其與氣候變化有關,絕大部分學者研究地球深部僅限于板塊構造運動。雖然在這個問題上目前還存在爭議,殼源火成碳酸巖的形成機理也有待進一步證實,但目前國際同行的相關論文均請劉焰參與評審。
 
一旦“殼源火成碳酸巖”被完全證實,青藏高原作為“碳匯”也就無可置疑。

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