热带海洋学报 ›› 2023, Vol. 42 ›› Issue (5): 144-153.doi: 10.11978/2022224CSTR: 32234.14.2022224
收稿日期:
2022-10-21
修回日期:
2022-12-25
出版日期:
2023-09-10
发布日期:
2023-03-14
作者简介:
李牛(1985—), 男, 湖北省监利市人, 副研究员, 博士, 从事冷泉与水合物研究。email: liniu@scsio.ac.cn
基金资助:
LI Niu1,2(), DI Pengfei1,2, FENG Dong3, CHEN Duofu3
Received:
2022-10-21
Revised:
2022-12-25
Online:
2023-09-10
Published:
2023-03-14
Supported by:
摘要:
氧化还原敏感元素(Mo、U、V、Re、Ni、Co、Cr)已被广泛用于判别沉积环境的氧化还原状态, 以及计算上覆水体和大气层中的氧气浓度。然而海底冷泉活动由于微生物作用形成的硫化氢可以导致这些元素指示的氧化还原信号发生变化和模糊, 进而影响氧化还原状态判别的有效性。文章通过对南海活动冷泉F站位海底3根插管沉积物的氧化还原敏感元素地球化学特征分析, 发现冷泉活动区海底沉积物相比正常海底环境普遍表现为较高的Mo含量, 并指示孔隙水为硫化环境, 表明甲烷厌氧氧化作用形成的硫化氢对沉积物中Mo富集具有促进作用。冷泉沉积物的U/Th、V/Cr和Ni/Co显示底层海水具有较高的氧浓度, 与正常海底特征相一致。但是V/(V+Ni ) > 0.7指示了沉积物形成时的环境缺氧, 可能与陆源碎屑中较低的Ni含量有关。冷泉沉积物Re/Mo比值接近现代海水值, 与现代海洋硫化盆地的特征类似, 指示了冷泉附近海洋硫化分层特征。因此冷泉活动区海底沉积物的Re和Mo容易受到甲烷渗漏的影响, 不能可靠指示真实的氧化还原状态。
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表1
氧化还原条件划分及海洋水体氧化还原环境的判识指标[据吕荐阔等(2021)修改]"
指标 | 氧化环境 | 次氧化环境 | 缺氧环境(无H2S) | 硫化环境 |
---|---|---|---|---|
O2/(mL·L-1) | >2.0 | 0.2~2.0 | <0.2 | 0 |
H2S/(mL·L-1) | 0 | 0 | 0 | >0 |
Mo/(μg·g-1) | >100 | |||
U/Th | <0.75 | 0.75~1.25 | >1.25 | |
Ni/Co | <5 | 5~7 | >7 | |
V/Cr | <2 | 2~4.25 | >4.25 | |
V/(V+Ni) | <0.45 | 0.45~0.60 | 0.54~0.82 | >0.84 |
MoEF /UEF | (0.1~0.3)×SW | (1~3)×SW | (3~10)×SW | |
Re/Mo | <0.3×10-3 | >0.77×10-3 | 接近 0.77×10-3 |
表3
南海北部F站位冷泉活动区3个插管沉积物样品元素含量和比值"
柱样名称 | 深度/cm | Al2O3/% | MnO/% | Re/ (μg·g-1) | Mo/ (μg·g-1) | U/ (μg·g-1) | V/ (μg·g-1) | Co/ (μg·g-1) | Cr/ (μg·g-1) | Ni/ (μg·g-1) | Th/ (μg·g-1) | U/Th | Ni/Co | V/Cr | V/(V+Ni) | Re/Mo×103 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
PC1 | 0~2 | 13.4 | 0.07 | 0.0006 | 0.8 | 1.4 | 105 | 13.2 | 66 | 33.6 | 11.0 | 0.13 | 2.55 | 1.59 | 0.76 | 0.80 |
2~4 | 13.2 | 0.05 | 0.0012 | 0.9 | 1.6 | 103 | 12.4 | 63 | 32.2 | 10.9 | 0.15 | 2.60 | 1.63 | 0.76 | 1.40 | |
4~6 | 13.6 | 0.05 | 0.0025 | 2.0 | 1.9 | 109 | 12.8 | 65 | 33.1 | 11.5 | 0.17 | 2.59 | 1.68 | 0.77 | 1.23 | |
6~8 | 13.3 | 0.04 | 0.0021 | 3.5 | 1.7 | 106 | 11.9 | 63 | 32.0 | 10.9 | 0.16 | 2.69 | 1.68 | 0.77 | 0.61 | |
8~10 | 13.8 | 0.04 | 0.0017 | 3.3 | 1.9 | 110 | 12.4 | 66 | 33.5 | 11.5 | 0.17 | 2.70 | 1.67 | 0.77 | 0.52 | |
10~12 | 14.1 | 0.04 | 0.0022 | 1.5 | 1.8 | 112 | 12.4 | 67 | 32.9 | 11.6 | 0.16 | 2.65 | 1.67 | 0.77 | 1.46 | |
12~14 | 13.5 | 0.04 | 0.0019 | 1.9 | 1.8 | 108 | 11.7 | 65 | 30.6 | 11.0 | 0.16 | 2.62 | 1.66 | 0.78 | 1.02 | |
14~16 | 13.5 | 0.04 | 0.0033 | 1.0 | 2.3 | 105 | 11.8 | 65 | 31.9 | 10.7 | 0.22 | 2.70 | 1.62 | 0.77 | 3.24 | |
16~18 | 14.1 | 0.04 | 0.0042 | 1.1 | 2.5 | 111 | 12.6 | 67 | 32.9 | 11.0 | 0.23 | 2.61 | 1.66 | 0.77 | 4.00 | |
PC2 | 0~2 | 14.1 | 0.04 | 0.0056 | 4.1 | 1.9 | 112 | 13.0 | 68 | 33.5 | 11.3 | 0.17 | 2.58 | 1.65 | 0.77 | 1.37 |
2~4 | 14.1 | 0.04 | 0.0066 | 5.0 | 2.0 | 111 | 12.6 | 68 | 34.0 | 11.5 | 0.17 | 2.70 | 1.63 | 0.77 | 1.33 | |
4~6 | 14.3 | 0.04 | 0.0055 | 5.3 | 2.1 | 114 | 12.8 | 68 | 34.3 | 11.6 | 0.18 | 2.68 | 1.68 | 0.77 | 1.04 | |
6~8 | 14.5 | 0.05 | 0.0041 | 4.4 | 2.1 | 116 | 13.5 | 71 | 34.1 | 11.8 | 0.18 | 2.53 | 1.63 | 0.77 | 0.94 | |
8~10 | 14.0 | 0.04 | 0.0037 | 4.0 | 2.2 | 111 | 12.5 | 67 | 33.9 | 11.3 | 0.20 | 2.71 | 1.66 | 0.77 | 0.93 | |
10~12 | 14.5 | 0.04 | 0.0041 | 4.6 | 2.1 | 115 | 13.1 | 68 | 34.6 | 11.7 | 0.18 | 2.64 | 1.69 | 0.77 | 0.89 | |
PC3 | 0~2 | 13.2 | 0.04 | 0.0019 | 5.1 | 2.0 | 102 | 12.0 | 63 | 31.4 | 11.4 | 0.18 | 2.62 | 1.62 | 0.76 | 0.37 |
2~4 | 12.7 | 0.04 | 0.0024 | 5.3 | 1.8 | 96 | 11.5 | 62 | 30.0 | 10.6 | 0.17 | 2.61 | 1.55 | 0.76 | 0.45 | |
4~6 | 12.8 | 0.04 | 0.0039 | 7.1 | 2.2 | 95 | 12.0 | 63 | 31.4 | 11.5 | 0.19 | 2.62 | 1.51 | 0.75 | 0.55 | |
6~8 | 12.5 | 0.04 | 0.0037 | 6.2 | 1.9 | 92 | 12.1 | 61 | 30.2 | 10.9 | 0.18 | 2.50 | 1.51 | 0.75 | 0.60 | |
8~10 | 13.1 | 0.04 | 0.0040 | 6.3 | 2.0 | 96 | 12.5 | 64 | 35.9 | 11.3 | 0.18 | 2.87 | 1.50 | 0.73 | 0.64 | |
10~12 | 13.0 | 0.04 | 0.0036 | 5.9 | 2.0 | 96 | 12.6 | 63 | 32.0 | 11.5 | 0.17 | 2.54 | 1.52 | 0.75 | 0.61 | |
12~14 | 13.6 | 0.04 | 0.0031 | 5.1 | 2.0 | 103 | 12.9 | 66 | 32.5 | 11.2 | 0.18 | 2.52 | 1.56 | 0.76 | 0.60 | |
14~16 | 14.2 | 0.04 | 0.0027 | 5.0 | 1.9 | 111 | 12.9 | 68 | 32.9 | 11.7 | 0.16 | 2.55 | 1.63 | 0.77 | 0.54 | |
16~18 | 14.1 | 0.05 | 0.0028 | 5.3 | 1.9 | 110 | 12.7 | 68 | 32.9 | 11.4 | 0.17 | 2.59 | 1.62 | 0.77 | 0.53 | |
18~20 | 14.1 | 0.05 | 0.0027 | 5.2 | 1.7 | 111 | 11.7 | 70 | 33.3 | 10.7 | 0.16 | 2.85 | 1.59 | 0.77 | 0.52 | |
20~22 | 13.8 | 0.04 | 0.0025 | 6.1 | 1.9 | 110 | 13.0 | 68 | 34.3 | 11.4 | 0.17 | 2.64 | 1.62 | 0.76 | 0.41 | |
22~24 | 13.3 | 0.04 | 0.0022 | 5.0 | 1.9 | 105 | 12.3 | 65 | 31.3 | 11.1 | 0.17 | 2.54 | 1.62 | 0.77 | 0.44 | |
24~26 | 13.4 | 0.04 | 0.0021 | 3.9 | 1.9 | 105 | 12.6 | 65 | 32.3 | 11.3 | 0.17 | 2.56 | 1.62 | 0.76 | 0.54 | |
26~28 | 13.7 | 0.04 | 0.0019 | 3.0 | 2.0 | 109 | 13.0 | 67 | 32.9 | 11.2 | 0.18 | 2.53 | 1.63 | 0.77 | 0.63 | |
28~30 | 14.1 | 0.05 | 0.0018 | 3.0 | 2.0 | 111 | 13.2 | 68 | 34.1 | 11.7 | 0.17 | 2.58 | 1.63 | 0.76 | 0.59 |
图2
现代海洋硫化盆地、上升流区最小含氧带、氧化沉积物和冷泉沉积物中氧化还原敏感元素Mo (a)、Re (b)、V (c)、U (d)富集程度的变化 硫化盆地数据来自于Brumsack (1989)、Ravizza等(1991)、Piper等(2002)、Lüschen (2004); 上升流区最小含氧带数据来自于Calvert等(1983)、Nameroff等(2002)、Böning等(2004)、Borchers等(2005)、Scholz等(2011); 氧化沉积物数据来自于Morford等(1999)、Bennett等(2020)。方框代表四分位间距; 触须代表第5和第95百分位数; 超过第5和第95百分位数的数据以开放圆圈表示; 黑色实线为上地壳的平均值(Rudnick et al, 2013); 其中Mo、V和U的单位为μg·g-1, Re的单位为ng·g-1, Al的单位为%"
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