科学家们一直想知道，当太平洋板块沿着布满火山的火环滑入地球内部时，它所携带的有机碳和无机碳会发生什么变化。
一项新的研究表明，相当数量的这种俯冲碳返回到大气中，而不是深入到地幔中。
这一发现可以改善对地球气候的长期预测。
由阿拉斯加费尔班克斯大学地球物理研究所的科学家领导的一项研究表明，阿留申-阿拉斯加弧的火山将更多的俯冲板碳以二氧化碳的形式返回到大气中，这比之前认为的要多。这个过程被称为循环利用。
研究副教授Taryn Lopez是今天发表在《科学进展》杂志上的这项研究的主要作者。这12位共同作者分别来自加利福尼亚、新墨西哥、纽约、罗德岛、华盛顿州和华盛顿特区，以及意大利和新西兰的机构。
洛佩兹说:“虽然我们现在对有多少碳通过俯冲进入地球内部以及有多少碳通过火山释放到大气中有一个相当好的了解，但我们仍然有很多需要了解的是，在碳被俯冲后发生了什么，以及有多少碳被返回到大气中。”
阿留申-阿拉斯加弧从库克湾向西延伸，穿过阿留申群岛，它的地壳和俯冲板中的碳源比世界上大多数火山弧都要少。这使得通过俯冲循环追踪碳成为可能，并更好地了解有多少俯冲的碳火山返回到大气中。
弧火山(位于大洋板块俯冲带之上)的碳循环来自三个地方:俯冲的大洋板块或板块，覆盖在下降板块上的地幔楔，以及覆盖在上面的地壳。
洛佩兹试图更好地确定有多少碳来自俯冲板块。
有机碳沉淀在海底——海洋地壳板块的表面走向俯冲。有机碳包括被冲进海洋的海洋动植物和陆生动植物的残骸。
来自海水的无机碳可以作为矿物质沉淀到海洋地壳的板块上。
新的研究利用了洛佩兹和其他人在这次和以前的研究中从17座火山收集的气体样本。他们使用了在阿留申海沟附近的四个地点采集的海洋钻探岩芯的数据，阿留申海沟是太平洋板块潜入北美板块之下的地方。
有了这些信息，研究人员使用化学模型来跟踪从阿留申海沟俯冲的板块返回大气的有机碳和无机碳的比例。他们追踪了碳从俯冲到火山喷发的过程。
该研究集中在阿留申-阿拉斯加弧的中部和西部地区，由海洋地壳组成。
“从阿拉斯加半岛向西，我们知道覆盖的地壳没有大量的碳，”洛佩兹说。“所以这意味着我们可以假设火山的碳脱气来自地幔或俯冲的板块。”
洛佩兹和她的同事们开始寻找火山气体中碳12和碳13原子的比例。碳12同位素构成了近99%的地球碳。碳13同位素，其原子核中有一个额外的中子，只占大约1%。无机碳、有机碳和地幔碳的两种同位素比例都有所不同。
研究小组确定了火山气体的平均碳同位素组成，以及从俯冲板块进入海沟的碳同位素组成和总量。利用这些信息，他们计算了通过阿留申-阿拉斯加弧火山脱气释放到大气中的俯冲碳的数量。
先前的研究得出的结论是，海底沉积物中的有机碳和俯冲的板块地壳中的无机碳的极少量回到了大气中。
洛佩兹和他的同事们发现，大约43%到61%的沉积物来源的有机碳通过阿留申群岛中部的火山脱气作用返回到大气中，大约6%到9%的板块地壳无机碳通过阿留申群岛西部火山的脱气作用返回到大气中。
科学家们还发现，通过弧状火山循环的有机碳和无机碳的比例似乎受到俯冲带特征的影响，如俯冲速度和板块温度。
“这些结果表明，回到地幔深处的碳比我们之前认为的要少，”洛佩兹说。“这些结果有助于澄清我们对俯冲碳的命运的理解，并有助于改进全球气候模型。”
