类型a：学术研究报告
1. 研究作者及发表信息
本研究由Laura B. Carter和Rajdeep Dasgupta合作完成，两人均来自美国莱斯大学（Rice University）地球、环境与行星科学系。研究成果发表于期刊《Chemical Geology》2018年第492卷，论文标题为《Decarbonation in the Ca-Mg-Fe carbonate system at mid-crustal pressure as a function of temperature and assimilation with arc magmas – implications for long-term climate》。
2. 学术背景与研究目标
本研究属于地球化学与岩石学交叉领域，聚焦于地壳碳酸盐矿物（方解石calcite和白云石dolomite）在岩浆作用下的热分解（thermal breakdown）和同化（assimilation）过程。全球碳循环模型中，地壳碳酸盐通过火山脱气（volcanic outgassing）释放CO₂的贡献长期被低估。前人研究多关注纯方解石与岩浆的相互作用，但自然界碳酸盐多为方解石-白云石固溶体（含少量铁）。因此，本研究旨在量化不同Ca-Mg-Fe比例的碳酸盐在中地壳压力（0.5 GPa，约15 km深度）下，因热分解和岩浆同化释放CO₂的效率差异，并探讨其对长期气候（如白垩纪-始新世暖期）的潜在影响。
3. 研究方法与实验流程
研究分为两部分实验：
（1）碳酸盐热稳定性实验
- 研究对象：三种Fe-bearing碳酸盐（cc4dol96、cc26dol74、cc64dol36，数字表示mol%方解石/白云石比例）。
- 实验设计：在0.5 GPa压力下，温度梯度为800–1200°C，通过活塞圆筒装置（piston-cylinder apparatus）模拟中地壳条件。
- 分析方法：使用电子探针（EPMA）测定反应产物（如镁方解石mg-calcite、铁白云石fe-dolomite、铁方镁石ferropericlase）的化学成分，并通过质量平衡计算CO₂释放量。
（2）碳酸盐-岩浆同化实验
- 研究对象：上述碳酸盐与典型弧岩浆（玄武岩basalt和英安岩dacite）按1:1重量比混合。
- 实验条件：玄武岩-碳酸盐在1150°C、英安岩-碳酸盐在1000°C下反应，模拟不同岩浆侵入场景。
- 产物分析：鉴定硅酸盐矿物（如橄榄石olivine、单斜辉石clinopyroxene）、氧化物及熔体成分，评估CO₂释放效率。
创新方法：
- 首次系统研究Fe-bearing碳酸盐固溶体的热分解行为，填补了0.5 GPa压力下Ca-Mg-Fe碳酸盐相图的空白。
- 采用冷活塞入法（cold-piston-in method）精确控制温压条件，结合挥发性归一化（volatile-free normalization）质量平衡计算CO₂通量。
4. 主要研究结果
（1）热分解实验
- 白云石比例越高，碳酸盐热分解起始温度越低（cc4dol96在800°C即分解，cc64dol36需≥1000°C）。
- 分解产物包括镁方解石、铁方镁石和CO₂，其中cc4dol96释放CO₂量最高（~20 wt%），且随温度升高保持稳定（图5a）。
- 铁以赤铁矿（hematite）形式析出，表明实验体系氧逸度（fo₂）较高。
（2）同化实验
- 玄武岩对高镁碳酸盐（cc4dol96）的同化效率最高（~62%），并生成富镁橄榄石（Fo97-98）；英安岩则因硅含量高，同化后熔体仍为流纹质（rhyolitic）。
- CO₂释放量与碳酸盐Mg/Ca比正相关：cc4dol96同化释放CO₂是cc64dol36的3倍（图5d）。
逻辑关联：热分解与同化过程共同贡献CO₂释放，但主导机制取决于碳酸盐成分——白云石更易热分解，而方解石需依赖岩浆同化。
5. 研究结论与意义
科学价值：
- 提出地壳碳酸盐成分（Mg/Ca比）是控制CO₂释放的关键变量，修正了以往仅关注方解石的模型偏差。
- 估算自然系统中白云岩热分解可贡献≤10¹⁰–10¹² g/y CO₂，与同化作用相当，二者叠加可能显著影响古气候（如白垩纪温室效应）。
应用价值：
- 为大陆弧火山下的碳通量估算提供实验约束，助力全球碳循环模型优化。
- 揭示碳酸盐基底脱碳可能引发火山构造失稳（如体积收缩86%），对灾害评估有启示意义。
6. 研究亮点
- 创新性发现：首次证实含铁白云石在800°C即可脱碳，挑战了传统纯白云石相图的温度阈值。
- 方法创新：结合高温高压实验与成分梯度设计，量化了CO₂释放对碳酸盐组成的非线性依赖。
- 跨学科意义：链接岩石学过程与气候反馈，为深时碳循环（deep-time carbon cycle）研究提供新视角。
7. 其他有价值内容
- 讨论了流体（H₂O）和硅质杂质对碳酸盐熔融的促进作用，建议未来研究需纳入这些变量以更贴近自然条件。
- 指出全球碳酸盐年龄与分布的异质性可能造成区域CO₂通量差异，需进一步开展地质记录对比研究。