碳和氯的深度循环可能在地球早期历史中发生了翻转
麦考瑞大学地球科学家陈春飞博士领导的新研究为三十亿年前的地质过程提供了新的线索，标志着科学界对早期地球认识的重大转变。
本周在《自然》杂志上发表的这项研究深入了解了地球逐渐变冷对地球表面和内部之间碳和氯的深层循环的深远影响。
“地球变冷导致碳和氯的深层循环发生巨大变化，”陈博士说。
“如今，氯通常会以火山气体的形式返回地表，而大多数碳则以固体碳酸盐的形式被困在数百公里深处;但直到地球年龄大约是现在年龄的三分之二之前，情况就完全相反了。”
地球形成初期，岩浆在地球表面占主导地位，但随着地球逐渐冷却，地表形成约100公里厚的地壳板块，在板块构造过程中滑过地幔。
当海洋构造板块在俯冲带潜回地幔时，海底槽中的沉积物也可能被推入地幔。
科学家们在高压熔化实验中研究了这些沉积物的命运，此前他们处理了所有海洋沉积物的平均值，其中碳只是其中的一小部分。
然而，大多数碳积累到碳酸盐沉积物中——地表大片碳酸盐沉积物的常见例子包括多佛白崖或意大利的白云石——这些碳的表现可能与小部分碳的表现不同。
陈博士的团队利用高压实验模拟了石灰岩和白垩的俯冲作用，发现石灰岩中的任何污垢都会首先熔化，产生硅酸盐熔体，而碳酸盐则以固体形式被推向更深处，并可以深入地幔。
研究小组还测试了模仿地球漫长历史中较早、较热时期的条件，发现石灰岩确实融化了，但盐不会溶解在它们产生的碳酸盐熔体中，而是被推入地幔深处，而不是返回地表就像今天一样。
研究报告的第二作者迈克尔·福斯特博士在澳大利亚国立大学分析了样品，他说：“令人惊奇的是，盐和杂质是如何从碳酸盐中完全分离出来的。”
福斯特博士说，当电子显微镜放大并分析微小的实验阶段时，研究小组取得了突破，在干净的方解石晶体旁边显示了淬火玻璃和盐池。
当他们看到这一点时，春飞兴奋地回答道：“哇，有趣，这意味着俯冲带必须充当一个巨大的过滤器，用于允许盐进入地球更深的地方!”
这项研究是追踪地球进化史上碳、氮和氯深层循环的大型项目的一部分，该项目由麦考瑞大学自然科学学院杰出教授 Stephen Foley 领导。
“地球深层地幔和地表之间碳、氯和氮等挥发性元素的交换是气候、海洋和地球上所有生命演化的关键，”弗利教授说。
他说：“这项重要的研究首次考虑了大片碳酸盐沉积物的俯冲，而不是普通的沉积岩——尽管更现实的是，巨大的碳酸盐块将参与板块构造。”
“随着时间的推移，氯和碳行为的这些变化可能会影响地球历史上不同时期海水的咸度，并对地球上生命的发展产生影响。”
他补充说，这项研究将使我们对地球的演化及其与生命发展的微妙相互作用产生更全面的认识，并有助于我们了解火星等太阳系之外的行星的状况。
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