《沉积黄铁矿中的微量元素特征对甲烷渗漏的指示》

  • 来源专题:深海资源开发
  • 编译者: 徐冰烨
  • 发布时间:2025-04-13
  • 大陆边缘的海底甲烷渗漏广泛存在。大量微生物介导的生物地球化学过程与海洋甲烷渗漏密切相关,并在近海底环境中对碳循环和硫循环产生重要影响。在这些过程中,硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化(SD-AOM)是甲烷消耗的主要机制,能够去除超过90%近海底的甲烷。这一过程对调控水体和大气中的甲烷排放具有重要意义。对甲烷渗漏相关过程的广泛研究已有多种地球化学指标,可用于识别现代和古代的SD-AOM作用,并重建甲烷渗漏在地质历史时期的变化。在这些指标中,甲烷驱动的自生碳酸盐(MDAC)被广泛研究,包括其矿物学特征、碳氧稳定同位素、主量与微量元素及稀土元素组成。

    尽管MDACs在冷泉区十分常见,但在以扩散为主的甲烷运移环境中常常缺失,这可能会限制对甲烷渗漏活动的准确重建。相比之下,黄铁矿是一种在地质记录中广泛存在的自生矿物,在不同甲烷渗漏环境中亦较为常见。这使得黄铁矿成为记录SD-AOM过程和甲烷渗漏活动的理想矿物载体。已有研究表明,黄铁矿的丰度、形貌以及其铁、硫同位素等特征是识别甲烷渗漏的可靠指标。

    早期研究中,黄铁矿组分通常通过湿化学方法从沉积物中提取,但这类方法容易受到所在沉积物中元素的污染影响。近年来,激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)原位分析技术有效地克服了这一问题,成为研究黄铁矿微量元素含量的有力工具。中国科学技术大学、中国海洋大学联合多家科研机构的研究人员,利用原位LA-ICP-MS技术分析了南海海马冷泉区沉积物中黄铁矿的微量元素组成,以深入理解其循环过程,并揭示与甲烷渗漏相关的地球化学机制。

  • 原文来源:https://mp.weixin.qq.com/s/c6pELbPIUZ1hK1ni6e-urg
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    • 编译者:熊萍
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    • 近日,中国科学院南海海洋研究所冷泉与水合物研究团队在冷泉活动强度示踪和元素富集机制研究领域取得重要进展。该团队利用在南海东沙海域的水合物钻孔岩芯,通过沉积物中钼同位素(δ98Mo)的研究,揭示了冷泉沉积物中钼的富集机制,并指出钼同位素具有示踪冷泉活动强度的潜力。相关研究成果已发表在Geochimica et Cosmochimica Acta上,中国科学院南海海洋研究所博士金梦(现广州海洋地质调查局)为论文第一作者,中国科学院南海海洋研究所副研究员李牛为论文通讯作者,合作者还包括广州海洋地质调查局教授陈芳、德国汉堡大学教授J?rn Peckmann、美国朱尼亚塔学院教授Ryan Mathur、美国罗格斯大学教授Linda Godfrey,以及上海海洋大学教授陈多福。 海洋沉积物释放的甲烷对海底生态环境乃至地球气候系统可能产生显著影响。在海底冷泉沉积物中,钼(Mo)的富集与甲烷释放事件密切相关,这些沉积物可能是海洋中潜在的钼汇。然而,冷泉沉积物中钼富集的具体机制尚未完全明确。 本研究对南海天然气水合物区域的钻孔沉积物(GMGS2-8、GMGS2-16)进行了钼同位素分析。分析结果显示,冷泉沉积物中的自生钼同位素组成(δ98Moauth=0.18‰~3.31‰,NIST SRM 3134)与现代富含铁、贫硫化氢的沉积物以及弱缺氧沉积物相似。 其中较高的自生钼同位素(δ98Moauth>1.5‰)反映了较低甲烷渗漏情况下,海水中的钼通过扩散作用进入沉积物孔隙水中,并在硫化环境中转变成硫代钼酸盐,导致钼同位素分馏。而自生钼同位素值的降低与沉积物Fe/Al和Mn/Al的升高则表明,在甲烷渗漏强烈的情况下(存在甲烷气泡),铁锰氧化物和氢氧化物颗粒的穿梭过程更为活跃。 研究认为,在甲烷渗漏通量较低时,沉积物中的钼主要来源于海水中钼的向下扩散。而在甲烷渗漏强度较高时,向上的甲烷气泡和羽状流促进了大量铁和锰从沉积物深部释放到上层水体,这些释放出的铁和锰遇到氧化的底层水后形成氧化物和氢氧化物颗粒。这些颗粒从海水中吸附钼,随后又回到沉积物中,在缺氧条件下分解释放出钼。释放出的钼被沉积物孔隙水中的硫化氢固定,最终导致冷泉沉积物中钼的富集。 本研究揭示了铁锰颗粒穿梭过程在甲烷渗漏区域钼封存中的重要作用,并指出冷泉沉积物中的钼同位素组成有潜力作为限定甲烷渗漏强度的地球化学指标。 该工作受到国家自然科学基金、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目和广东省基础与应用研究研究重大项目共同资助。 论文信息:Jin,M.,F. Chen,N. Li*,J. Peckmann,R. Mathur,L. Godfrey,and D. F. Chen (2024),Isotope evidence for the enrichment mechanism of molybdenum in methane-seep sediments: Implications for past seepage intensity,Geochim Cosmochim Ac,373,282-291 论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703724001728?via%3Dihub
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