[海洋地质] 冷泉区自生碳酸盐和黄铁矿共生机制研究获得新进展

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       甲烷的大量释放会造成全球温室效应,进而影响全球气候变化。作为海底甲烷释放的重要窗口,冷泉(cold seep)在全球范围内分布广泛,近年来在主、被动大陆边缘也有发现。然而,绝大部分冷泉区甲烷在向上迁移的过程中,可在硫酸盐-甲烷转化带(SMTZ)与沉积物中的硫酸盐发生甲烷厌氧氧化反应(Anaerobic oxidation of methane,AOM)而被消耗殆尽,从而有效地抑制了甲烷向水体和大气的排放。同时,该AOM过程也可产生大量HCO3-和H2S,进而形成大范围自生碳酸盐和黄铁矿。
       作为冷泉区最重要的自生矿物类型,自生碳酸盐和黄铁矿很好地记录了冷泉的活动信息。已有研究发现,冷泉碳酸盐和黄铁矿常表现出紧密的共生关系。但目前对冷泉黄铁矿的研究主要集中于海洋沉积物,且较少涉及与碳酸盐共生的黄铁矿,二者之间的内在关系也不清晰。甚至有研究认为黄铁矿的硫同位素受后期成岩作用影响,与碳酸盐所保存的冷泉信息可能并不一致。
       为深入探讨冷泉区自生碳酸盐和黄铁矿的共生机制,我院孙晓明教授团队基于硫同位素手段,深入研究了南海北部东沙海域和琼东南海域两个冷泉站位的碳酸盐(图1)及其共生黄铁矿。
       研究发现,两个冷泉站位的碳酸盐矿物相包括早期微晶文石、高镁方解石(HMC)、白云石和后期纯文石。镜下观察发现碳酸盐与黄铁矿密切共生,且不同碳酸盐相中黄铁矿形貌也有区别(图2)。
       全岩分析结果显示,文石中黄铁矿含量和δ34S值较低,与文石形成于较开放的海水环境有关;而与HMC和白云石共生的黄铁矿含量和δ34S值较高,主要受瑞利分馏(Rayleigh distillation)影响,与相对封闭条件下孔隙水中的硫酸盐富集34S有关。这些结果表明碳酸盐和黄铁矿有一致的冷泉环境(图3)。

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图1 本次研究所用自生碳酸盐样品

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图2 与碳酸盐共生的黄铁矿镜下形貌特征
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图3 南海自生碳酸盐Mg/Ca和Sr/Ca比值与黄铁矿含量及全岩δ34S值的关系
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       进一步的原位二次离子探针(SIMS)硫同位素分析结果显示,HMC和白云石中黄铁矿的δ34S值比纯文石高,与全岩结果一致(图4)。草莓状和后期增生型黄铁矿δ34S值差别不大,指示了相同的H2S来源,且未受后期成岩作用影响。本研究发现该区碳酸盐与共生黄铁矿形成于同一时期,保存了相同的冷泉信息。因此,碳酸盐与黄铁矿的共生机制可更加准确地示踪冷泉活动。

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图4 南海自生碳酸盐中黄铁矿硫同位素(δ34S)组成
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       以上研究成果发表在国际权威学术期刊《Marine and Petroleum Geology》(Chen, T.T., Sun, X.M.*, Lin, Z.Y.**, Lu, Y., Fang, Y.X., Wu, Z.W., Xiao, Y., Lin, H.X., Lin, X., Ning, Y.F., Strauss, H., 2021. Deciphering the geochemical link between seep carbonates and enclosed pyrite: A case study from the northern South China sea. Mar. Petrol. Geol. 128, 105020.),我院博士生陈婷婷为该论文第一作者,孙晓明教授和林志勇博士为共同通讯作者。
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oceaner
活跃在2024-11-17
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