科技日报记者 吴长锋
记者12日从中国科学技术大学获悉，该校地球和空间科学学院肖益林教授课题组，通过超高压多相流体包裹体的三维成像建模研究，首次定量厘定了俯冲带深部的超临界流体的化学组成，并揭示了超临界流体在俯冲带碳、硫等物质循环过程中的重要作用。相关研究成果日前发表在最新一期国际综合性科学期刊《美国科学院院刊》。这项研究对深入和系统理解自然界超临界流体的作用具有重要的意义。
流体是地球重要的组成部分，同时也是地球不同圈层间物质和能量传输的重要“媒介”和“载体”。按其地球化学性质，可以进一步分为富水流体、含水熔体以及超临界流体。其中，超临界流体是一类形成于高温-高压环境下，具有相对低粘度、高活动性和超强元素迁移能力的流体。这种超常规物理化学性质使其在触发中-深源地震和火山作用、促进俯冲带元素迁移、物质循环和金属元素富集成矿，以及影响地球宜居性演化方面均发挥着重要作用。然而，目前从天然样品中识别出超临界流体活动仍存在极大挑战，尤其是严重缺乏关键的、定量的地球化学指标。
研究人员选择经典的大别山大陆超深俯冲带中超高压变质脉体作为研究对象，在脉体中发现了大量与标志性超高压变质矿物柯石英共存的多相流体包裹体。包裹体中保存有多种子矿物，系统的岩相学、激光拉曼以及元素面扫等研究，均表明绿辉石和石榴石中的多相流体包裹体是原生的超高压流体包裹体，较为完整地保存了俯冲带深部高压流体的化学成分。通过对这些包裹体的三维激光拉曼建模和成分定量计算，研究团队恢复了多相流体包裹体所记录的原始成脉流体成分。
研究表明，这些超临界流体能够高效地活化、迁移俯冲带板片中的碳和硫，并可能将其运移进入地幔楔乃至深部地幔，因此对地球表层-深部之间碳硫循环的效率和通量，以及地球宜居性演化等方面都会产生广泛而重要的影响。
