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【中国工程院院刊】前沿综述丨深部挥发物是四维地球系统中能源与环境的关键

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2019年第3期
作者：毛河光 ， CraigM.Schiffries
来源：Schiffries.DeepVolatilesastheKeyforEnergyandEnvironmentsoftheFour-DimensionalEarthSystem[J].
Engineering,2019,5(3):393-394.
《Engineering》2019年第3期“深地物质与能量”专题发表了12篇关于深地物质与能量研究方面的论文 。
【中国工程院院刊】前沿综述丨深部挥发物是四维地球系统中能源与环境的关键
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碳、氢、氧、氮、硫及其化合物均是挥发性物质 ， 它们主导着地球宜居表面之上薄而脆弱的大气圈、水圈和生物圈 。 然而 ， 绝大多数挥发物隐藏在地球深部 ， 其中的高温高压条件极大而彻底地改变了挥发物的物理和化学性质 。
犹如生物的血液一样 ， 地球深部挥发物的循环和相互作用调节着气候、矿产、能源、自然灾害 ， 以及其他使地球成为蕴含生命并仍在演进的独特行星的各种因素 。 在过去的46亿年中 ， 深部挥发物一直在改变和调节着大气和海洋的化学成分与温度 ， 从而控制和调节着生命的出现、进化和灭绝 。 同样 ， 它们未来的行为和演化将影响我们人类的命运 。 更深入地了解深部挥发物将提高我们预测其影响、规划经济发展和保护环境的能力 。
2018国际工程科技高端论坛——地球深部挥发物与能源环境（DVEES2018）从四个科学领域——极端条件下的物理和化学、储层和流动、深部能源与深部生命等角度探讨了地球深部挥发物的议题 ， 并包括计算研究、极端压力下的碳和氢 ， 以及下地幔矿物物理等相关议题 。 本期深地物质与能源专题包含了所有这些领域的贡献 。
Schiffries等讨论了国际深碳观测组织（DCO）的科学家近十年来在研究地球上碳的物理、化学和生物作用方面的重要发现 。 以往对全球碳循环的绝大多数研究都集中在地球表面或附近的一小部分碳 。 与之相比 ， DCO的使命是了解地球的整个碳循环 ， 包括地球深部的绝大多数碳 。 DCO提供了解决大规模、跨学科和国际科学问题的新模式 。
对天然样品的现场考察和分析研究揭示了对深部挥发物的基本限定 。
在本专题中 ， 刘盛遨和李曙光论证了钙、镁、锌等稳定同位素在解释板块俯冲过程中海相碳酸盐的命运方面具有巨大潜力 ， 这对研究深部碳循环有着深远的意义 。 以往 ， 玄武岩中的钙、镁和锌同位素异常被认为是由于地壳碳酸盐循环进入地幔源区所致；然而 ， 刘盛遨和李曙光评估了其他潜在同一方向的同位素分馏过程就像碳酸盐循环所预示的那样 。
郭旭升等描述了大型、超深油气资源 ， 讨论了油气来源和成藏方法 。 新的地震采集与处理技术在对超深油气藏的高精度和高分辨率地震成像探测方面取得了突破 ， 使超深油气资源得以发现 。
冯晓远等描述了深古菌的代谢特征 ， 它是地球上最丰富的微生物之一 ， 广泛分布在包括地球深部生物圈在内的各种热液环境中 。 通过祖系和比较基因组分析 ， 冯晓远等揭示了深古菌门的热环境起源 。
【【中国工程院院刊】前沿综述丨深部挥发物是四维地球系统中能源与环境的关键】天然金刚石是在高温高压条件下形成的 ， 是一种独特的深部信使 。 金刚石具有无与伦比的强度 ， 就像一个坚硬的胶囊 ， 它能截留流体和固体包裹体 ， 并保留了它们形成条件的很有价值的信息 。 连东洋和杨经绥描述了蛇绿岩中的微金刚石和其他高压相 ， 为探测深部地幔中的碳循环提供了新的窗口 。 含蛇绿岩的金刚石以轻碳同位素组成为特征 ， 这被解释为地表衍生有机物循环进入地幔的证据 。
Sobolev等报道 ， 来自俄罗斯Yakutia的乌达奇纳亚（Udachnaya）石油管道中的金刚石、石榴石和橄榄石中的某些流体包裹体 ， 主要含有较高级的碳氢化合物（戊烷到十六烷）及其衍生物 ， 这表明这些碳氢化合物是一些地幔流体的主要成分 。


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