冷泉沉积物钼同位素组成可追踪地质历史时期海底甲烷渗漏强度

　　近日，地球科学领域国际著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》（中科院一区top）以“Isotope evidence for the enrichment mechanism of molybdenum inmethane-seep sediments: Implications for past seepage intensity”（冷泉沉积物钼同位素富集机制的钼同位素证据：对指示过去甲烷渗漏强度的启示）为题，在线发表了广州海洋地质调查局在冷泉沉积钼富集机制以及钼同位素指示甲烷渗漏强度研究的重要成果。

　　海洋沉积物释放的甲烷可能对海底生态环境乃至地球气候系统产生重要影响。海底冷泉沉积物中钼的富集被认为与甲烷释放事件有关，冷泉沉积物可能是海洋中潜在的钼汇，但冷泉沉积物钼的富集机制尚不清晰。而冷泉系统钼的富集机制对利用钼同位素指示地质历史时期海洋甲烷渗漏强度具有重要意义。

　　本研究对南海天然气水合物区钻孔沉积物开展了钼同位素相关研究，结果显示冷泉沉积物的自生钼（即非碎屑来源的钼）同位素组成特征（δ⁹⁸Mo_auth=0.18‰~3.31‰，标准物质为NIST SRM 3134）与现代富Fe贫H₂S的沉积物以及弱缺氧沉积物相似。研究发现，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，并在硫化环境中转变成硫代钼酸盐，而较高的δ⁹⁸Mo_auth值（>1.5‰）能很好反映了这一过程产生的Mo同位素分馏。此外，研究还发现δ⁹⁸Mo_auth值的降低伴随沉积物Fe/Al和Mn/Al的升高，该规律指示了强烈甲烷渗漏情况下（存在甲烷气泡）的铁锰氧化物和氢氧化物颗粒的穿梭过程（图1）。

图1 （a）南海冷泉沉积物自生Mo同位素组成与Mn/Al关系，（b）与Fe/Al关系，（c）自生Mo和Mo同位素组成指示Mo来源

　　研究认为，较低甲烷渗漏通量时，沉积物中的Mo主要来自海水Mo的向下扩散。当甲烷渗漏强度很高时，向上的甲烷气泡和羽状流有利于大量铁和锰从沉积物深部向上释放，释放出的铁和锰遇到氧化的底层水形成氧化物和氢氧化物颗粒。而这些铁锰颗粒从海水中吸附Mo并沉积到海底中，在经历缺氧环境时会分解释放出Mo，释放出的Mo则会被沉积物孔隙水中的硫化氢固定，最终形成冷泉沉积物中Mo的富集（图2）。本研究揭示了铁锰颗粒穿梭过程在甲烷渗漏区Mo的封存中发挥的重要作用，研究认为冷泉沉积物的Mo同位素组成有望作为限定甲烷渗漏强度的地球化学指标。

图2 冷泉沉积物Mo同位素富集机制示意图

　　论文第一作者为广州海洋地质调查局工程师金梦，通讯作者为中科院南海海洋研究所李牛副研究员，论文主要合作者还包括广州海洋地质调查局陈芳教授、德国汉堡大学JörnPeckmann教授、美国朱尼亚塔学院Ryan Mathur教授、美国罗格斯大学Linda Godfrey教授，以及上海海洋大学陈多福教授。该项目受国家自然科学基金（U2344222, 42372161）、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目（SCSIO202202）和广东省基础与应用研究重大项目（2019B030302004）共同资助。

　　文章信息：Jin, M., Chen, F., Li, N.*, Peckmann, J., Mathur, R., Godfrey, L., & Chen, D. (2024). Isotope evidence for the enrichment mechanism of molybdenum in methane-seep sediments: Implications for past seepage intensity. Geochimica et Cosmochimica Acta.

　　原文地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703724001728