深部碳过程动力学模拟:最新进展与工作流程设计赵亮1,3*,郭正堂2,3†,袁怀玉4,王欣欣1,沈昊1,杨建锋1,孙宝璐1,谭宁2,张卉2,刘永岗5,李杨1,王佳敏1,纪伟强1,朱日祥11.中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029;2.中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室,北京100029;3.中国科学院大学地球与行星科学学院,北京100049;4.ARCCentreofExcellenceforCoretoCrustFluidSystems,DepartmentofEarthandPlanetarySciences,MacquarieUniversity,NewSouthWales2109,Australia;5.北京大学物理学院大气与海洋科学系气候与海-气实验室,北京100871*通讯作者,E-mail:zhaoliang@mail.iggcas.ac.cn†通讯作者,E-mail:ztguo@mail.iggcas.ac.cn收稿日期:2022-06-28;收修改稿日期:2022-11-10;接受日期:2022-11-28;网络版发表日期:2023-02-22国家自然科学基金项目(批准号:41888101、41625016)和科学探索奖资助摘要越来越多的证据表明,板块构造运动能够在地质时间尺度(≥106年)上调节大气CO2浓度的变化.随着观测技术和方法的发展,学术界对新生代及更深时以来的地球CO2演化历史获得了逐步一致的描述,这使得定量确定板块构造动力过程与大气CO2浓度变化之间的关联机制成为可能.未来研究的关键步骤之一在于发展计算构造碳循环动力过程的方法,为准确重建构造活动的碳通量历史提供平台.文章回顾了全球构造碳循环研究的最新进展,提出了开展板块构造碳循环数值模拟研究的工作流程,包括四个步骤:(1)计算含碳矿物的运移过程,目的在于模拟物质之间碳吸收/释放;(2)模拟构造单元的碳循环,目的在于理解构造活动时圈层之间的碳循环;(3)模拟大陆汇聚-裂解场景引起的碳循环,目的在于探讨固体圈层在超级大陆汇聚-裂解周期的碳循环过程;(4)对比典型构造时期全球深部碳循环与大气CO2浓度变化,目的在于获得固体-表层圈层耦合的定量认识.前两个步骤已有团队正在逐步攻克并取得了阶段性成果;后两个步骤尽管尚未见到报道,但最新板块构造重建和碳循环研究的进展为最终实现提供了数据和方法基础.从数值计算方法的角度而言,跨越固体-表层圈层的碳循环动力过程在流变参数、时间-空间分辨率上跨越十几个数量级,是实现数值模拟方法和实验需要攻克的首要技术难题.针对这个问题,文章提出一种边界参数条件关联的方法来实现固体-表生圈层演化数值计算.关键词构造碳循环,构造CO2模拟,边界参数条件关联方法中文引用格式:赵亮,郭正堂,袁怀玉,王欣欣,沈昊,杨建锋,孙宝...
