Карбонатизированные перидотиты мантии — скрытый поглотитель субдукционного CO2

Почему важен скрытый углерод Земли

Диоксид углерода перемещается не только между атмосферой, океанами и биосферой на поверхности. Огромные количества уносятся глубоко в недра Земли, где могут быть захоронены на миллионы лет, помогая поддерживать климат планеты в равновесии. В этом исследовании рассматривается необычный набор пород в Омане, которые, по-видимому, захватили огромное количество углерода глубоко под землёй. Установив, как, когда и откуда прибыл этот углерод, авторы вносят новое понимание «пропавшей» части долгосрочного углеродного цикла Земли.

Где океанская кора встречается с глубиной Земли

На некоторых границах плит океаническая плита изгибается и погружается под другую плиту в процессе, называемом субдукцией. Отложения и изменённая океаническая кора этой плиты богаты углеродсодержащими минералами и водными растворами. По мере погружения они нагреваются и выделяют жидкости, которые могут подниматься в надлежащую клин мантии. В Омане большой фрагмент древнего океанического дна и верхней мантии, называемый Semail Ophiolite, был выброшен на сушу, сохранив поперечное сечение бывшей зоны субдукции. В пределах этого фрагмента исследователи изучали керн (скв. BT1b), который проходит от относительно слабо изменённых пород мантии к ярким, полностью карбонатизированным породам, известным как листвениты, которые вместе могли естественно хранить около миллиарда тонн CO2.

Породы, рассказывающие историю флюидов

Когда богатые углеродом жидкости проходят через нагретые породы, они оставляют химические отпечатки. Команда сосредоточилась на галогенах — фторе, хлоре, броме и йоде — которые предпочитают перемещаться в растворах, а не оставаться в твёрдых минералах. С помощью высокоточной микроаналитики для измерения этих элементов в крошечных участках серпентина, карбонатов и других минералов через переход от частично изменённой к полностью карбонатизированной породе они проследили, как флюиды перемещались и менялись. Они обнаружили, что по мере превращения серпентинита в богатый карбонатами лиственит хлор выводился намного сильнее, чем бром или йод. Это породило эволюционирующие флюиды с характерными соотношениями галогенов, которые можно соотнести с вероятными источниками глубже в зоне субдукции.

По следу скрытого углерода

Паттерны галогенов показывают, что флюиды, выполненные основной работы по карбонизации, были не просто поверхностной морской водой, выжатой из осадков. Скорее, это были смеси поровых вод осадков с дополнительной дозой CO2‑богатого флюида, поднимающегося из глубинной части субдукционной плиты, где нагрев вызывает растворение или разложение карбонатов. Моделирование того, как должна была изменяться химия флюида, чтобы соответствовать данным по породам, указывает на то, что эти растворы должны были нести необычно высокое количество углерода по отношению к соли. Попадая в преддуговую мантию — область над плитой, но перед вулканическим дугой, — эти флюиды реагировали с перидотитом и серпентинизированными породами, поэтапно превращая их в лиственит и фиксируя растворённый CO2 в твёрдых стабильных карбонатных минералах, которые могут сохраняться геологически долгое время.

Распутывая противоречивые возрастные данные

Предыдущие датировки карбонатных прожилков в схожих породах указывали, что некоторые листвениты в Омане образовались задолго после окончания субдукции в этом регионе, что подразумевало более локальное и недавнее происхождение флюидов. Новая работа показывает, что основная фаза карбонизации в изученном керне химически связана с флюидами, обусловленными субдукцией, а не с более поздними событиями. Авторы различают две стадии: раннюю, богатую магнезитом стадию, связанную с субдукционными флюидами с одним галогенным характером, и более позднюю, более кальцийсодержащую стадию с участием доломита, имеющую иной галогенный паттерн и, вероятно, отражающую более молодую тектоническую или магматическую активность. По их мнению, более молодые возраста в основном датируют вторую, наслаивающуюся фазу, а не исходное крупномасштабное захоронение углерода.

Что это значит для климатического двигателя Земли

Сочетая химию флюидов с независимыми оценками того, сколько поровой воды выходит из осадков по всему миру, исследователи оценивают, что CO2‑богатые флюиды, перемещающиеся из более глубоких уровней плиты в преддуговую мантию, могут переносить примерно 1.7–3.4 × 10¹³ граммов углерода в год. Это может составлять значительную долю — возможно до 90 процентов — углерода, входящего в зоны субдукции. Иными словами, такие карбонатизированные перидотиты мантии могут представлять собой крупный, ранее недооценённый резервуар, не дающий значительной части субдукционного углерода быстро вернуться в атмосферу через вулканы или уйти в глубокую мантию. Поскольку условия, создающие такие породы, зависят от факторов вроде температуры, типа осадков и тектонической обстановки, этот скрытый углеродный ловушечный механизм мог меняться по силе в истории Земли, тонко влияя на её долгосрочный климат.

Цитирование: Carter, E.J., O’Driscoll, B., Burgess, R. et al. Carbonated mantle peridotites represent a hidden sink for subducted CO₂. Nat Commun 17, 3297 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68646-3

Ключевые слова: углерод в зонах субдукции, карбонизация мантии, лиственит, преддуговая мантия, глобальный углеродный цикл