中国科学院南海海洋研究所冷泉与水合物研究团队同合作者，在国家自然科学基金项目、广东省基础与应用研究研究重大项目等的资助下，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。近日，相关成果发表于《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。
冷泉沉积物Mo同位素富集机制示意图。研究团队供图
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论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所研究员李牛表示，研究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。
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。
该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。
该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。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.04.003
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