南海冷泉沉积物中钼同位素特征：揭示甲烷渗漏与钼富集机制

　　

近日，中国科学院南海海洋研究所冷泉与水合物研究团队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。该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。相关研究成果已发表在Geochimica et Cosmochimica Acta上，中国科学院南海海洋研究所博士金梦（现广州海洋地质调查局）为论文第一作者，中国科学院南海海洋研究所副研究员李牛为论文通讯作者，合作者还包括广州海洋地质调查局教授陈芳、德国汉堡大学教授J?rn Peckmann、美国朱尼亚塔学院教授Ryan Mathur、美国罗格斯大学教授Linda Godfrey，以及上海海洋大学教授陈多福。

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（Mo）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。

本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。

图1 研究站位所在位置示意图，南海东沙水合物钻孔GMGS2-8、GMGS2-16

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。

图2 （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，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。

本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。

图3? 冷泉沉积物Mo同位素富集机制示意图

该工作受到国家自然科学基金、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目和广东省基础与应用研究研究重大项目共同资助。

论文信息：Jin,M.,F. Chen,N. Li*,J. Peckmann,R. Mathur,L. Godfrey,and D. F. Chen (2024),Isotope evidence for the enrichment mechanism of molybdenum in methane-seep sediments: Implications for past seepage intensity,Geochim Cosmochim Ac,373,282-291

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703724001728?via%3Dihub