海洋沉积物孔隙水硫酸盐的硫、氧同位素组成及其对硫生物地球化学过程的指示

海洋沉积物中由微生物硫酸盐还原作用(MSR)驱动的碳、硫耦合作用及甲烷消耗,是影响全球碳、硫循环和气候变化的关键生物地球化学过程。准确认识微生物硫酸盐还原代谢过程及其环境影响因子,是探究MSR驱动的碳、硫循环及生态环境效应的重要基础。沉积物孔隙水中硫酸盐的硫、氧同位素组成是揭示MSR过程及其驱动的硫循环的重要方法。本文从细胞内代谢途径和胞外硫循环过程角度,厘清影响孔隙水硫酸盐硫、氧同位素组成的硫的生物地球化学过程,阐述其在示踪有机质驱动和甲烷驱动的硫酸盐还原过程类型及“隐秘”硫循环的意义,为探究微生物硫酸盐还原作用在地球表层环境演化中的作用提供新启示。

海底冷泉系统硫的生物地球化学过程及其沉积记录研究进展

地球表层甲烷的迁移转化与气候变化、全球碳硫循环、海底生态环境等密切相关。现代海底冷泉是典型的富甲烷环境,冷泉系统中与甲烷厌氧氧化耦合的微生物硫酸盐还原作用(AOM-MSR)是甲烷最主要的消耗方式。该过程导致了孔隙水地球化学特征的变化,并最终以元素含量和同位素异常的形式记录在相应的自生矿物(黄铁矿、碳酸盐、重晶石)等载体中。因此,冷泉系统中硫的生物地球化学过程及其沉积记录的研究为探究甲烷在地球表层环境演化中的角色奠定了基础。本文围绕冷泉系统中硫的生物地球化学过程,综述了其在确定甲烷渗漏通量和识别古冷泉活动(富甲烷环境)等研究中的进展,重点阐述了在这些研究方向中应用“高维”稳定同位素(32 S/33 S/34 S/16 O/18 O)所取得的突破性成果。目前已经建立了识别地质历史时期富甲烷环境的方法体系,但其在地史研究中的应用尚在起步阶段。同时,未来应开展富甲烷环境中碳硫循环与环境效应具体关联及其沉积记录的深入研究,以期深化对甲烷在调节地球环境和气候变化中的作用等重大科学研究中的认识。