图 非地幔柱（A）与地幔柱（B）条件下碳酸盐与地幔反应过程模式图。非地幔柱条件下，俯冲板片释放的碳酸质熔体进入深部地幔后被完全还原为金刚石与Fe-C金属相；而在地幔柱条件下，碳酸质熔体在上升迁移过程中可将周围地幔氧化，当碳酸质熔体迁移至岩石圈底部时，会进一步诱发岩石圈拆沉、地表隆升、大规模岩浆活动以及浅表CO₂释放

　　地幔氧化还原状态对地球内部挥发组分的迁移与储存具有重要影响，进而影响地球宜居性的演化。深俯冲洋壳可携带氧化组分进入深部还原地幔，造成深部地幔氧逸度（fO₂）高度不均一。然而，由于样品稀缺，人们对深部地幔氧化还原平衡机制的理解依然比较有限。

　　在国家自然科学基金项目（批准号：42222204）的资助下，来自中国科学院广州地球化学研究所和澳大利亚国立大学的联合研究团队，通过高温高压实验与超深源金刚石包裹体成分的对比研究，揭示了俯冲碳酸盐如何改变地幔氧化还原状态、并对克拉通演化和深部碳循环产生影响。研究成果以“深俯冲碳驱动的地幔氧化还原状态多样性（Variable mantle redox states driven by deeply subducted carbon）”为题，于2025年5月21日发表于《科学进展》（Science Advances）。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu4985。

　　研究团队利用多面砧压机在9~21 GPa高压条件下开展了板片碳酸质熔体与含Fe地幔橄榄岩的反应实验，并对比了不同氧逸度条件下的实验产物成分与克拉通内超深金刚石包裹体成分。结果发现，不同克拉通内超硅石榴子石（majorite）和铁方镁石（ferropericlase）包裹体各自记录了显著不同的地幔氧化还原状态，其中南非Kaapvaal克拉通超深金刚石包裹体指示地幔环境整体为氧化态，而巴西Amazonia克拉通内超深金刚石包裹体则反映出地幔环境为整体还原态。

　　将实验结果与板块重建工作结合，研究团队进一步提出了地幔热状态影响碳酸质熔体反应过程的机理模型（图）。在非地幔柱条件下，板片碳酸质熔体在与还原地幔的反应过程中会逐渐消耗直至完全还原“冻结”（redox freezing）为金刚石及Fe-C金属相，因此地幔整体仍保持高度还原的状态。而在地幔柱背景下，碳酸质熔体与地幔的反应过程会诱发地幔组分溶解至熔体中，其中溶解的Fe³⁺组分会缓冲碳酸盐的还原“冻结”过程，导致碳酸质熔体在与还原地幔反应的过程中稳定存在。当氧化的碳酸质熔体上升迁移至克拉通根之后，会进一步诱发克拉通根活化、岩石圈根拆沉与地表隆升、以及大规模火山作用和CO₂释放。

　　该研究提出的模型解释了俯冲碳在不同地幔热状态下对氧化还原状态的调控机制。该机制对克拉通稳定性与深部碳循环具有关键意义，不仅加深了对地幔氧化还原状态演化、克拉通稳定性差异及金刚石形成机制的理解，也为地球系统碳循环提供了新视角。