碳是影响行星宜居性的重要元素。软流圈中碳的分布规律关系到洋中脊火山活动向地表释放CO2的通量，也显著影响地幔熔融过程、软流圈流变性质，并可能控制海底地震和火山活动。北极地区的软流圈碳含量明显高于典型洋中脊区域（图1a-b），但该地区远离俯冲带和热点，缺乏深部物质循环驱动力，其地幔富碳机制尚不清楚。 该论文成果最近在线发表在国际期刊《Nature Communications》上。
基于全球洋中脊玄武岩（MORB）的估算，软流圈碳含量可变化近三个数量级，并与洋脊到热点的距离呈粗略的负相关性（图1a），表明地幔柱-洋脊相互作用是引发软流圈碳不均一性的重要机制。但许多远离热点的洋中脊地幔仍显示高碳含量，表明亏损地幔同样具有高度的碳不均一性。其中，位于北极地区的超慢速扩张加克洋脊呈现区域性的地幔富碳特征但加克洋脊远离俯冲带和热点，其地幔富碳机制尚不明确。
图1 北极加克洋脊下方地幔具有富碳特征与重δ66Zn异常
（a）箱型图显示洋脊段平均的原始MORB的CO2含量与洋中脊和最近热点的距离之间的相关性。最右侧显示加克洋脊（距离热点1300至2200 km）不同洋脊段的原始MORB的CO2含量。（b）加克洋脊地形图与样品分布；（c）不同位置的加克洋脊MORB的δ66Zn组成。
这种重Zn信号最可能来自于含有循环碳酸盐的地幔源区。大洋板片在形成后通过低温蚀变和沉积物固定大量碳酸盐，而俯冲板片（尤其在冷俯冲体系下）可以携带显著比例的碳酸盐进入超过弧下深度的深部地幔，甚至进入地幔过渡带。这类深俯冲的表生碳酸盐具有较重的Zn同位素特征，是造成上地幔Zn同位素异常的潜在物质。加克洋脊MORB的Zn同位素与原始岩浆CO2含量及其它指示源区CO2富集的指标之间呈正相关，进一步的模拟显示需在地幔源区加入1%至4%的碳酸盐才能产生观测到的重Zn信号。由于北极地区自1.3亿年前起一直远离俯冲带，研究推断这些循环碳酸盐来自更古老的大洋俯冲事件，其滞留于北极地区的深部地幔至今，并被加克洋脊扩张引发的地幔上涌所捕获，从而进入MORB的地幔源区（图2）。
图2 北极加克洋脊下方地幔富碳特征的机制解释
（a）卡通图阐释北极加克洋脊下方的地幔中存在循环碳酸盐；（b）至少1.3亿年以前的大洋俯冲输入碳酸盐进入深部北极地幔；（c）这些循环碳酸盐滞留于北极地幔至今，并被加克洋脊扩张引发的地幔上涌流所捕获、进入MORB源区。
本研究经费得到了国家自然科学基金（42025201，42025601，42576067，42203050，42573019），浙江省自然科学基金（LZYQ25D060002）和中央级公益性科研院所基本科研业务费项目（SZ2542）的联合资助。
文章信息：Zhang W. （张维骐）, Ding W*. （丁巍伟）, Liu C*（刘传周）. et al. (2026). Zinc isotope evidence for extensive carbonate recycling in the Arctic asthenosphere. Nature Communications : doi: 10.1038/s41467-026-71022-w.
