SA：寒武纪生命大爆发对地球深部碳循环的扰动地球表层系统容易受到深部地

地球表层系统容易受到深部地质过程的影响，如火山、地震等自然灾害可以影响生物圈的宜居环境。然而，地球浅部过程（如生命活动）能否有效影响地球的深部圈层，则是一个值得研究的问题。板块俯冲过程是地球表层物质进入深部的主要途径，由于表层物质的碳含量和碳同位素（如有机碳）组成与地幔物质差异明显，因此沉积物俯冲及相关的碳循环过程可能对深部碳组成产生影响。该潜在影响可以通过地幔来源岩浆岩的源区组成变化进行示踪。金伯利岩是地球上目前已知的来源深度最大的岩浆岩，其岩浆源区包括克拉通岩石圈地幔以下（>150km）、地幔过渡带（410～660km）、下地幔甚至核幔边界等（GiulianiandPearson,2019）。因此，地质历史上不同时期金伯利岩源区特征的研究有望揭示深部地幔组成受长期板块俯冲过程的影响。近期瑞士苏黎世联邦理工学院AndreaGiuliani领导的小组研究发现，地球表层系统有机碳可以俯冲到地球深部，并在中生代以来（
该研究小组对来自世界各地69个地区、年龄在2060～0.012Ma之间的161件样品进行了全岩CO2浓度、碳和氧同位素分析，主要研究样品为金伯利岩和少量相关的方解霞黄煌岩（图1）。除了两件来自芬兰的样品，所有年龄大于350Ma样品的δ13C值都落在了地幔的范围内（δ13C：-4‰～-6‰ ，平均值为-5±0.6‰）。而32件年龄小于250Ma的金伯利岩样品中很多具有偏低且变化大的碳同位素组成，样品分布范围包括南非、加拿大东西部、巴西和澳大利亚南部。因此，这种碳同位素负漂趋势并不是局部事件，而反映一个全球性的过程。但是对于碳同位素在约250Ma时开始负漂，则有多种可能解释：1）金伯利岩岩浆上升过程中富含CO2流体出溶（或脱气）导致的碳同位素分馏作用；2）来自于低δ13C值页岩或类似岩性围岩的富CO2流体对地壳的混染作用；3）有机碳（δ13C=-20‰～-30‰）来源的俯冲地壳物质再循环到深部地幔源区。

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图1金伯利岩和方解霞黄煌岩碳同位素组成特征。每个数据点代表了≥3个样本多次分析的平均值，绿色条形显示的是地幔δ13C值变化范围（δ13C=-5±1‰）（改自Giulianietal.,2022）

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图2选定地区金伯利岩和方解霞黄煌岩碳同位素及CO2浓度关系图（选择的依据是数据点数≥5 ， a:北美及格林兰岛；b:非洲；c:其他地区；红色圈内数据代表着部分离散值）（Giulianietal.,2022补充材料）
随后，作者进行了模拟计算分析，首先排除了CO2丢失在大多数金伯利岩碳同位素系统中的影响。作者认为：1）大多数地区的δ13C值变化程度有限，与CO2含量无关，金伯利岩显示出很大CO2变化范围（图2）；2）全球范围内金伯利岩碳同位素比值与CO2浓度之间缺乏相关性可能是因为金伯利岩样品中的CO2含量受到多个过程的控制（初始熔体成分、CO2去气、地幔和地壳物质的同化混染、岩浆分异、热液蚀变及伴随的碳酸盐岩交代作用等）；3）C、Hf和Sr同位素具有较好的相关性（图3），基本上可以排除CO2出溶作用导致低δ13C值的原因（因为Hf和Sr不会从熔体中定量地分配到出溶流体或气相中）；4）将年轻的金伯利岩（13C值归因于CO2的去气，这与较老的金伯利岩中缺乏轻碳同位素的组成特征不符。后者具有相似的体积组成，经历了类似的上升和侵位过程，包括最近报道的去气和流体出溶过程中CO2的丢失（Tappeetal.,2020）。