碳是生命之源，是地表及地球内部最重要的元素之一。地表碳与地球内部碳之间的交换作用，即深部碳循环，被认为对地球气候的长期演化以及宜居地球的形成起到了关键作用。地球上的板块俯冲及火山脱气作用是控制深部碳循环的两个主要过程。其中火山作用中，碳是影响岩石熔融的主要挥发性元素之一，因此理解碳在岩浆形成时所起到的作用对于我们了解“地球内部如何运行？”（Science提出的125个科学前沿问题中的第10个问题）有着重要意义。

   深部碳循环的研究主要通过实验岩石学、数值模拟、天然样品三种方式来实现。天然样品的研究对象主要包括金刚石、地幔橄榄岩包体及其寄主火山岩（金伯利岩、碱性玄武岩等）以及携带的含碳包裹体、还有超高压变质岩中的碳酸盐等。其中碱性玄武岩由于出露广泛，是相对比较容易获取的样品，因此对碱性玄武岩的研究是我们理解深部碳循环以及地球内部如何运行的最重要手段之一。

   尽管已经有大量的研究表明深部碳循环可以对板内岩浆的形成起到关键作用，但是对深部碳循环引起地幔熔融的具体过程仍然不是很清楚。此外，地幔中初始碳酸盐化熔体的形成以及随后这些熔体与地幔之间发生的反应是影响板内玄武岩岩石学及地球化学特征的重要过程，但是对这些过程具体细节的认识也十分有限。

   针对以上科学问题，我们针对中国东部新生代低硅（SiO2<45%）碱性玄武岩开展了系统研究，得到了以下认识：

   地球化学证据表明这些低Si碱性玄武岩的地幔源区普遍存在着碳酸盐熔体的贡献（图1a）。简单的分离结晶、部分熔融、岩浆混合等过程无法完整的解释这些玄武岩的成分变化。结合最近的实验岩石学、地球物理学、地球化学（包括非传统稳定同位素）研究结果，作者提出碳酸盐化的硅酸盐熔体与地幔橄榄岩发生反应可以合理解释这些玄武岩的成分变化（图1b）。他们构建了一个模型（图2），认为地幔过渡带内的碳酸盐化俯冲板块由于固相线较低会发生脱碳酸盐化熔融作用而优先形成碳酸盐熔体。碳酸盐熔体由于粘度低，密度轻，因此会在软流圈地幔中上升迁移。当它们遇到由于早期俯冲作用而分布在上地幔中的榴辉岩时，就会诱发榴辉岩发生部分熔融（carbonate-fluxed melting）形成碳酸盐化硅酸盐熔体。这些碳酸盐化的硅酸盐熔体在化学成分以及热力学上都与周围的地幔橄榄岩是不平衡的，因此在上升迁移过程中它们会与软流圈地幔橄榄岩反生反应，消耗橄榄岩±单斜辉石，生成斜方辉石+石榴石，从而导致熔体成分从碳酸盐化的硅饱和熔体演化为我们所看到的硅不饱和的天然碱性玄武岩成分（图2）。该模型也可以合理解释这些碱性玄武岩的空间分布（尽管这些板内碱性玄武岩出露的体积相对较小但是分布面积却十分广泛）与现今地球物理资料观察到的上地幔存在大尺度的低地震波速异常和高的电导率相一致。

   有意思的是，作者发现全球大面积出露的大陆板内强碱性玄武岩主要集中在中国东部、澳大利亚东南部、以及欧洲中西部，而全球地震层析成像结果表明这些大陆板块之下的地幔过渡带中均被发现存在着俯冲的滞留大洋板块。因此该研究表明全球大陆板内强碱性玄武岩的成因与过渡带内滞留板块的脱碳熔融作用可能是密切相关的，碳酸盐化硅酸盐熔体-橄榄岩反应对于解释大陆板内碱性玄武岩的成因可能具有普适性。结合国际上的最新认识“大洋板内低硅强碱性玄武岩可能起源于富挥发份的地幔过渡带”，我们认为该模型还可能适用于大洋板内碱性玄武岩。

图1a中绿色圆形表示中国东部低Si碱性玄武岩。三角形表示碳酸盐熔体平均成分。菱形表示南海玄武岩样品。图1b中三角形表示榴辉岩熔融产生的富Si玄武质安山岩熔体成分。箭头表示熔体-橄榄岩反应之后熔体演化的趋势。

图2. 简单的相图模型 。 在正常地幔潜能温度条件下（带箭头虚线指示的灰色区域 ），且岩石圈-软流圈边界（LAB，红色矩形区域 ）较深，由于不含挥发分的橄榄岩固相线较高（黑色实线）无法发生熔融。但是深部碳酸盐化地幔固相线较低（黄色实线、蓝色虚线、黑色虚线）会发生部分熔融产生少量低程度碳酸盐熔体。该熔体上升迁移遇到上地幔中的榴辉岩（粉色、红色、灰色、蓝色实线）会导致这些榴辉岩发生熔融，产生碳酸盐化硅酸盐熔体。由于这些碳酸盐化的硅酸盐熔体与软流圈地幔不平衡，因此它们会继续与地幔橄榄岩发生反应，导致熔体成分发生变化，形成我们所看到的Si不饱和碱性玄武岩。