中国东北新生代火山区CO2释放规模与成因

摘要

板片俯冲过程将地表碳带入地球内部,火山作用将深部碳输送至地球外部圈层,两者构成了地球深部碳循环的主要方式,进而影响了地史时期的气候变化.我国东北新生代火山活动被认为是太平洋板片深俯冲作用的产物,板片俯冲导致岩浆源区强烈的碳酸盐组分交代作用,进而使东北亚上地幔成为一个新生代时期的巨型深部碳库,它的活动和释放将会对全球的气候与环境变化造成重要影响.然而,有关该深部碳库向当今大气圈输送CO2气体的规模及其演化过程尚不清楚,从而影响了进一步定量评估该碳库在全球变化研究中的地位和作用.针对上述科学问题,本文对我国东北长白山、五大连池和阿尔山火山释放CO2气体的规模与成因进行了研究.结果 表明,东北新生代火山区的土壤CO2释放通量介于9.6 ～41.2g·m-2·d-1之间,每年向当今大气圈释放CO2气体约为2.1Mt(其中,长白山火山区为0.94Mt,五大连池火山区为1.2Mt).气体地球化学研究证实,长白山与五大连池火山气体均起源于太平洋板片深俯冲环境;但是,与长白山相比,五大连池火山气体具有较高比例壳源组分贡献.阿尔山火山气体的成分与长白山和五大连池火山区存在着明显的差异,它们以N2为主(＞95％),并且其δ15 NN2值高于空气值(1.3‰～1.9‰),3He/4He比值较低(0.14 ～0.18RA),δ13Cco2较轻(-13.7‰～-6.2‰),表明壳源富氮有机沉积物的贡献占比较大的比例.上述特征进一步表明,阿尔山火山气体在上升经过地下水时可能滞留了较长时间,混染了大量的陆壳组分,其源区并未受到太平洋板片俯冲物质的显著影响.