喜马拉雅山脉“碳源”，还是大量吸收CO2的“碳汇”

对全球气候变化产生重大影响的喜马拉雅山脉与青藏高原，在全球碳循环过程中究竟扮演何种角色？它是向大气排放CO2的“碳源”，还是大量吸收CO2的“碳汇”？
 
近年来，国际上一些学者认为喜马拉雅山脉是“碳源”，喜马拉雅造山运动可能导致了全球变暖。
 
然而，在日前于武汉召开的“全国地质构造与地球动力学学术研讨会”上，中国地质科学院地质研究所研究员刘焰对此观点提出质疑。
 
他的研究结论与部分国际学者恰恰相反：喜马拉雅山脉和青藏高原不是“碳源”，而是“碳汇”。
 
来自地壳的火成碳酸岩
 
近日，在中国地质科学院办公大楼里，《中国科学报》记者见到了刘焰。
 
他告诉《中国科学报》记者，10年前，他曾在喜马拉雅山脉最东端，也就是“雅鲁藏布大峡谷”地区内，识别出一种特殊碳酸岩类岩石。在国家自然科学基金资助下，他进一步研究发现，这种岩石是一种新类型的岩浆岩，即壳源火成碳酸岩，也就是来自地壳物质的火成碳酸岩。
 
而在此之前，地学界的传统认识是，火成碳酸岩来源于地幔。
 
“来源于地壳与来源于地幔的火成碳酸岩有什么区别？”记者问。
 
“前者基本不含稀土，其同位素比值与来源于地幔的也有很大不同。特别是岩石中的碳酸盐类矿物，常含有水、CO2气体等所组成的气—液混合流体包裹体，而幔源火成碳酸岩不具备这种特征。”刘焰说。
 
刘焰的论文于2006年第1期《亚洲地质科学》（Journal of Asian Earth Sciences）上刊发后，受到国际同行们广泛关注，并被作为典型案例广为引用。随后，刘焰又发现该种壳源火成碳酸岩呈近南北向岩脉，出现于青藏高原冈底斯花岗岩基之中。
 
“碳汇”新证据
 
“青藏高原冈底斯花岗岩基内的壳源碳酸岩是如何形成的？”刘焰不禁思考。
 
地学界很多人都知道，组成山脉的岩石，遭受持续不断的化学风化作用，山脉不断被剥蚀，同时大量消耗大气圈中CO2，在喜马拉雅山前形成新生的含碳酸盐岩石。与此同时，喜马拉雅山脉南缘的植物、动物也被快速掩埋，最终转化为有机碳。这种含有有机碳和碳酸盐类的岩石被称为“西瓦里克杂岩”。
 
“随着小印度陆块持续不断向北楔入大亚洲陆块之下，消耗巨量大气圈里的CO2所形成的富含碳元素的‘西瓦里克杂岩’，被带入藏南高原之下，在含水和（超）高温条件下部分熔融，形成了富含CO2的岩浆，即壳源火成碳酸岩浆。”刘焰说。
 
“壳源火成碳酸岩浆上升到地表附近冷凝成岩，形成了现今藏南广泛分布的火成碳酸岩。其中一部分碳酸岩浆，遇到地热水，被带至地表，再次重返大气圈。”
 
他解释说，青藏高原之所以能向大气圈排放CO2，是因为其内部有碳元素。而其碳元素来自大气圈中的CO2，是再循环的碳。如果青藏高原是“碳源”，那么其内部就不应该存在新生的碳酸岩浆，它们应该全部再转化为CO2排放进入大气圈。
 
因此，青藏高原内部壳源火成碳酸岩的存在充分证明，在全球碳循环中，青藏高原实际上是扮演了“碳汇”的角色，表明喜马拉雅和藏南是晚中新世以来，大气CO2的一个巨大储存地。
 
“刘焰提出了一个假设。虽然这个假设目前在学术界有些争议，但板块运动参与碳循环的观点值得关注。此前，科学家对于气候变化的研究主要集中在地球表面。大气中CO2增加，是自然界排放得多还是人类活动排放得多？这一问题十分值得探讨。”就这一发现，北京大学教授张晋江如是评价。
 
中科院青藏高原研究所副所长刘小汉告诉《中国科学报》记者，刘焰的工作可能是一个重大进展，非常了不起。在刘焰之前，学术界对于地球深部的研究从来没有考虑到其与气候变化有关，绝大部分学者研究地球深部仅限于板块构造运动。虽然在这个问题上目前还存在争议，壳源火成碳酸岩的形成机理也有待进一步证实，但目前国际同行的相关论文均请刘焰参与评审。
 
一旦“壳源火成碳酸岩”被完全证实，青藏高原作为“碳汇”也就无可置疑。