广州海洋局在深海冷泉生态系统与古环境变化研究方面获重要进展

冷泉是指来自海洋沉积物中以天然气为主的流体在海底形成的流体渗漏现象。冷泉渗漏活动不仅释放大量甲烷，同时还影响着海水性质和海底环境。前人研究发现浅海中的双壳贝，比如砗磲、北极贝等可以记录生长环境信息，通过分析壳中的氧同位素或元素比值如Sr/Ca、Mg/Ca、Ba/Ca可以反映温度、盐度或者雨水通量的变化。然而，基于冷泉区双壳贝类的古环境研究非常少。

　　该研究对伴溢蛤壳的剖面开展了显微结构、元素面扫、主微量元素原位测试等实验分析工作。实验结果表明，伴溢蛤头部的元素分布具有带状分布特征，在平行生长方向上，元素Sr、Re、Ba、Na的含量呈现强相关的波动变化。具体表现为元素Sr、Re、Ba含量之间呈正相关，而Na则与之呈负相关关系（图1）。

图1 伴溢蛤壳头部的原位激光测试区域（A）以及元素含量结果分析图（B-F）

　　研究认为，当冷泉发生流体渗漏时，由于甲烷厌氧氧化作用，硫化氢的含量增加，导致海底环境更加还原，对氧化还原状态敏感的Re则从水中扩散至沉积物中并析出沉淀。硫化氢在海水中会造成海水中H+的增加，Na+/H+的交换作用会将更多的Na+释放到海水中。另外，流体从地层深处渗漏至海底会导致海底温度升高，从而导致伴溢蛤贝壳中Sr含量的降低。Ba元素同时受流体通量和温度的影响，与Sr类似，贝壳中的Ba元素也与温度呈负相关，但Ba含量的变化与Sr不完全一致，推断是由流体通量所导致。当渗漏通量较小时，AOM作用不强，流体中含的Ba2+结晶成重晶石并析出至沉积物中，对海水中的Ba含量不产生明显影响；当渗漏通量较大时，AOM作用较强，没有足够的硫酸根沉淀重晶石，从而导致海水中的Ba2+增加。

　　通过分析元素之间的耦合变化，我们发现冷泉区的流体活动所产生的一系列环境变化以及在冷泉生物中保存的记录（图2），包括氧逸度变化、温度变化、pH变化，甚至某些程度上反映流体通量变化。伴溢蛤寿命在十数年至数十年，分析其头部的元素含量变化具有反演冷泉流体活动的可能性。

图2 冷泉区流体渗漏的环境响应示意图

　　此次研究揭示了冷泉区流体活动对冷泉生物产生的影响，为认识深海资源-环境-生物之间耦合响应关系提供了有力证据。

　　论文第一作者为广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所工程师李文静，通讯作者为广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所正高级工程师尉建功，合作者包括程怀、苗晓明、吴婷婷、谢志远、吴刚。该研究由中国工程科技发展战略海南研究院咨询研究项目（no. 21-HN-ZT-01）和南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才引进重大专项（GML2019ZD0201）等项目联合资助。

　　论文相关信息：Wenjing Li, Huai Cheng, Xiaoming Miao, Tingting Wu, Zhiyuan  Xie, Gang Wu, Jiangong Wei*, 2022. Element variation in a clam shell and its implications for cold seep irregular eruptions: Calyptogena sp. in the Haima cold seep, Science of the Total Environment, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160159