近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所冷泉與水合物研究團(tuán)隊(duì)在冷泉活動強(qiáng)度示蹤和元素富集機(jī)制研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用在南海東沙海域的水合物鉆孔巖芯，通過沉積物中鉬同位素（δ⁹⁸Mo）的研究，揭示了冷泉沉積物中鉬的富集機(jī)制，并指出鉬同位素具有示蹤冷泉活動強(qiáng)度的潛力。相關(guān)研究成果已發(fā)表在Geochimica et Cosmochimica Acta上，中國科學(xué)院南海海洋研究所博士金夢（現(xiàn)廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局）為論文第一作者，中國科學(xué)院南海海洋研究所副研究員李牛為論文通訊作者，合作者還包括廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局教授陳芳、德國漢堡大學(xué)教授J?rn Peckmann、美國朱尼亞塔學(xué)院教授Ryan Mathur、美國羅格斯大學(xué)教授Linda Godfrey，以及上海海洋大學(xué)教授陳多福。

海洋沉積物釋放的甲烷對海底生態(tài)環(huán)境乃至地球氣候系統(tǒng)可能產(chǎn)生顯著影響。在海底冷泉沉積物中，鉬（Mo）的富集與甲烷釋放事件密切相關(guān)，這些沉積物可能是海洋中潛在的鉬匯。然而，冷泉沉積物中鉬富集的具體機(jī)制尚未完全明確。

本研究對南海天然氣水合物區(qū)域的鉆孔沉積物（GMGS2-8、GMGS2-16）進(jìn)行了鉬同位素分析。分析結(jié)果顯示，冷泉沉積物中的自生鉬同位素組成（δ⁹⁸Moauth=0.18‰~3.31‰，NIST SRM 3134）與現(xiàn)代富含鐵、貧硫化氫的沉積物以及弱缺氧沉積物相似。

圖1 研究站位所在位置示意圖，南海東沙水合物鉆孔GMGS2-8、GMGS2-16

其中較高的自生鉬同位素（δ⁹⁸Moauth>1.5‰）反映了較低甲烷滲漏情況下，海水中的鉬通過擴(kuò)散作用進(jìn)入沉積物孔隙水中，并在硫化環(huán)境中轉(zhuǎn)變成硫代鉬酸鹽，導(dǎo)致鉬同位素分餾。而自生鉬同位素值的降低與沉積物Fe/Al和Mn/Al的升高則表明，在甲烷滲漏強(qiáng)烈的情況下（存在甲烷氣泡），鐵錳氧化物和氫氧化物顆粒的穿梭過程更為活躍。

圖2 （a）南海冷泉沉積物自生Mo同位素組成與Mn/Al關(guān)系，（b）與Fe/Al關(guān)系，（c）自生Mo和Mo同位素組成指示Mo來源

研究認(rèn)為，在甲烷滲漏通量較低時(shí)，沉積物中的鉬主要來源于海水中鉬的向下擴(kuò)散。而在甲烷滲漏強(qiáng)度較高時(shí)，向上的甲烷氣泡和羽狀流促進(jìn)了大量鐵和錳從沉積物深部釋放到上層水體，這些釋放出的鐵和錳遇到氧化的底層水后形成氧化物和氫氧化物顆粒。這些顆粒從海水中吸附鉬，隨后又回到沉積物中，在缺氧條件下分解釋放出鉬。釋放出的鉬被沉積物孔隙水中的硫化氫固定，最終導(dǎo)致冷泉沉積物中鉬的富集。

本研究揭示了鐵錳顆粒穿梭過程在甲烷滲漏區(qū)域鉬封存中的重要作用，并指出冷泉沉積物中的鉬同位素組成有潛力作為限定甲烷滲漏強(qiáng)度的地球化學(xué)指標(biāo)。

圖3? 冷泉沉積物Mo同位素富集機(jī)制示意圖

該工作受到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院南海海洋研究所自主部署項(xiàng)目和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究研究重大項(xiàng)目共同資助。

論文信息：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

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703724001728?via%3Dihub