板片俯冲可以将地球表层的碳酸盐物质输送到地幔，从而改变地幔的物理特性及熔融性质，如：降低固相线，降低地震波速度，提高电导率等。如何定量评估地幔中的CO₂含量一直是备受国内外学者关注的科学难题。已有研究表明，地幔中CO₂的加入可以促使产生富Ca的岩浆，进而结晶出高Ca的橄榄石。因此，利用橄榄石斑晶中的Ca含量来对地幔中的CO₂含量进行定量评估可能是一个可行的方案。

基于此，“幔游课题组”总结编绘了目前已发表的榴辉岩高温高压熔融实验数据，发现源区CO₂含量与榴辉岩部分熔融时的全岩Ca分配系数间存在显著相关性（图1）。利用此相关性，我们建立了源区CO₂含量与全岩Ca分配系数的经验曲线，并结合幔源岩浆中早期结晶橄榄石斑晶的Ca含量，对中国东部代表性新生代霞石岩（山东大山、方山，江苏无锡）的地幔源区（碳酸盐化榴辉岩）中CO₂含量进行了定量评估（图1）。计算结果显示这些霞石岩的地幔源区中至少含有0.2–5.2 wt%的 CO₂，远远高于MORB（~0.02 wt%）和OIB（<0.26 wt%）地幔源区中的CO₂含量。因此，中国东部陆下地幔（最可能是地幔过渡带）的局部地区极度富碳。我们的研究为评估霞石岩的地幔源区（碳酸盐化榴辉岩）CO₂的含量提供了一个新的可行的手段。

图1：碳酸盐化榴辉岩（霞石岩的地幔源区组成）的CO₂含量与全岩Ca分配系数相关图。其中蓝色，黄色，红色阴影区域分别为计算的山东大山、方山以及江苏无锡霞石岩的源区CO₂含量。

相关成果发表在国际期刊《Lithos》上。张慧丽博士生为论文第一作者，曾罡为通讯作者，陈立辉、刘建强、于津海和徐夕生参与了本研究。该工作得到国家重点研发计划项目(2022YFF0800404)、国家自然科学基金(42322202)、教育部关键地球物质循环前沿中心（南京大学）(2024JC03)和中央高校基本科研基金(2024300389)的资助。

文章信息：Zhang, H.-L., Zeng, G., Chen, L.-H., Liu, J.-Q., Yu, J.-H., Xu, X.S., 2024. Evaluation of CO₂ concentration in a carbonated eclogite mantle source: A new attempt based on the compositions of olivine phenocrysts. Lithos, 482-483: 107669.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2024.107669.