MIS 5期以来南极威德尔海生产力演化及其古海洋意义

南大洋有关大气二氧化碳分压(pCO_(2))冰期旋回机制的最新假说表明,冰期南极带生产力降低指示的深部流通状况减弱对CO_(2)的封存,以及亚南极带生产力升高对CO_(2)的固定能够圆满解释冰期大气pCO_(2)的降低。显然,测试该假说合理性的关键是验证冰期旋回中南极带与亚南极带呈“镜像”关系的生产力演化特征。通过沉积物岩芯中生源蛋白石含量重建了MIS 5期以来南极威德尔海(南极带)生产力演化。结果显示,南极威德尔海生产力呈现暖期(MIS 5和3期)高、冷期(MIS 4和2期)低的冰期旋回特征以及总体降低的长期演化趋势。联合该生产力记录与搜集的南大洋其他海区多个生产力记录,确证了南极带与亚南极带“镜像”的生产力演化模式。进一步,通过该生产力记录与其潜在环境影响因素的对比,发现西风带经向移动和海冰张缩通过影响深部流通状况,进而控制深部营养物进入表层的可利用性,最终驱动MIS 5期以来威德尔海生产力演化的冰期旋回和长期趋势。南极威德尔海的深部流通状况对CO_(2)的“收押”与释放很可能贡献了MIS 5期以来大气pCO_(2)演化的冰期旋回和长期趋势。该研究确证了上述南大洋有关大气pCO_(2)冰期旋回机制假说的合理性,表明南大洋在全球气候演化中扮演重要角色。

海洋微生物Paenisporosarcina quisquiliarum对Fe的生物矿化过程

为了解海洋微生物的生物矿化作用在大洋铁锰结核形成过程中的意义,选取芽孢八叠球菌作为实验菌株,通过实验室模拟中性有氧环境下的生物矿化实验,测定了Fe生物矿化过程中Fe离子浓度与价态的变化、细菌表面形态与矿物成分的变化。反应过程中,通过与死菌对照组和空白对照组的对比研究,有菌实验组的总Fe浓度、Fe^(2+)浓度和Fe^(3+)浓度下降最快,尤其是在前24 h。TEM照片显示细菌表面有明显的矿物颗粒生成,对这些矿物颗粒进行EDS分析测定,推测为Fe的氧化物或氢氧化物。实验结果表明,以芽孢八叠球菌为代表的海洋微生物在中性有氧条件下,通过主被动相结合的过程,对Fe产生了明显的矿化作用,揭示了微生物矿化作用对大洋铁锰结核形成的贡献。

大洋铁锰结核的微生物成矿过程及其研究进展

深海铁锰结核作为世界上潜在的巨大金属宝库已成为当今开发海底矿藏的热点,因而深入了解铁锰结核成矿过程成为其开发利用的先决条件。研究发现多金属铁锰结核中的铁锰矿物不仅仅是由单纯的物理作用形成的,同时也包含了海洋生物驱动的生物矿化的过程。本文介绍了运用分子生物学、矿物学和地球化学等多学科的研究方法对大洋中铁锰的生物成矿过程和成矿特征的研究。深海铁锰结核的生长速率缓慢且其生长演化伴随着微生物群落的活动,因此结核的生长过程同时也记录着不同时期微生物群落结构的变化并生成了大量的微生物化石。在铁和锰的生物矿化过程中,细菌可以通过酶促反应氧化Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ),同时可能伴随生物能量的生成,此外微生物还可以通过非酶促反应的方式促进Fe和Mn的富集沉淀。这些研究表明生物矿化作用在大洋铁锰结核成矿过程中有巨大贡献,对大洋铁锰结核的生物成因过程提供更加全面准确的理解,从而为今后进一步充实大洋铁锰结核的生物矿化理论及其开发利用提供依据。