日本海洋研究开发机构海域地震火山部门火山地球内部研究中心的外来研究员大柳良介和客座研究员道林克祯组成的研究团队，与东北大学、新潟大学、名古屋大学和产业技术综合研究所共同分析了从伊豆小笠原海沟6400米深处的斜坡采集的含碳酸盐的地幔岩石。成功地阐明了俯冲带浅层部分的碳循环过程。
此次研究明确的碳循环概念图
（a）调查地点（海龟海山）的截面图。（b）图4（a）中虚线区域的碳循环概念图。溶解在海水中的碳被带到地球深处，而其中一部分被释放到板块上盘的地幔岩石中，并在地幔岩石内储存数万年以上。（c）图4（b）虚线区域的放大图。断层运动导致地幔岩石出现裂缝，储存的海水被释放出来，并沉淀出碳酸盐。研究发现，海水的释放持续10~10,000天。（供图：海洋研究开发机构）
研究团队2017年7月调查了伊豆小笠原海沟（父岛海域）6400米深处的岩盘。调查发现，岩石中含有的晶体里被固定了CO2的碳酸盐矿物。因此，研究团队为了从碳酸盐矿物中解读地球内部的碳循环机制，对碳酸盐矿物进行了分析。
研究团队发现，采集的蛇纹岩有明显的裂缝，这些裂缝被针状霰石晶体的生长所填充。此外，碳酸盐岩脉中经常含有蛇纹岩的碎片。利用X射线CT观察三维结构发现，这些岩石碎片没有相互接触，似乎漂浮在碳酸盐的基质中。这个特征表明，碳酸盐的沉淀与高速水流有关。
另外，测量碳酸盐中的碳和氧的稳定同位素组成及微量元素组成发现，碳酸盐源自溶解在海水中的碳，是在约2℃的深海海底，蛇纹岩与海水发生反应沉淀而成的。此外还发现，碳酸盐中所含的放射性碳的浓度（14C）远远低于超深海海水的浓度。由于放射性碳的浓度会随着放射性衰变而逐渐减少，因此是估算碳年龄的一个指标。如此低的14C浓度表明，溶解于海水中的碳在弧前地幔岩石内循环了数万年后，才沉淀为碳酸盐矿物。
另外，从热力学和流体力学的角度对沉淀过程进行数值分析发现，海水以每秒0.01米～0.1米的速度从地幔岩石中喷出，喷射时间最长持续数十年。这种流体喷出速度与海底热泉的流体喷出速度十分相似，因此得出以下结论：海水在弧前地幔中停留了数万年以上，最终随着岩石破裂，持续喷射数十年。
外来研究员大柳表示：“地球内部的碳循环是一种重要现象，将影响未来大气中的二氧化碳浓度。然而，目前还存在很多未解之谜，例如在地球内部的哪个位置，有多少碳循环了多长时间等。今后，我们将继续推进基础研究，逐渐明确地下的碳循环机制，并探索工学应用的可能性。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
