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西南印度洋脊热液区硫化物中汞同位素研究获进展

  目前,汞同位素在物质循环及生物地球化学过程中有重要应用,其具有特殊的地球化学及同位素地球化学性质。相比于其他金属同位素(如锌和铁等元素的同位素),汞在多数生物过程中有着明显的非质量分馏,其机制主要是光化学还原及甲基化等过程控制,且汞的非质量信号伴随着汞的迁移而一直保存,是示踪物质循环的理想工具。在海洋体系中,已有研究表明,海水中具有较负的汞的质量分馏和较大的汞的非质量分馏;而在玄武岩等火山岩中,汞的同位素组成相对均一且没有汞的非质量分馏信号。因此,汞同位素在研究热液系统中,金属元素的物质循环有着重要意义。本项目选取西南印度洋脊两个典型的硫化物热液区—玉皇和断桥热液区(49°E–52°E)进行研究,玉皇热液区离洋中脊7.5公里,硫化物主要为闪锌矿、黄铁矿以及无定形硅等低温矿物组合;断桥热液区处于洋中脊上,硫化物主要为黄铜矿和颗粒状黄铁矿等高温矿物组合(见图1)。

  通过对两个热区硫化物中汞及其同位素的研究发现,断桥硫化物中汞含量介于346至8121 ng/g之间;玉皇硫化物中汞含量介于435至44035 ng/g之间。同时,两个热区中黄铁矿和闪锌矿均显示比黄铜矿更高的汞含量,暗示汞可能取代铁和锌进入黄铁矿和闪锌矿中。而在汞同位素特征上,玉皇硫化物具有相对大的质量分馏和非质量分馏特征,其中δ202Hg和Δ199Hg变化范围分别为-1.23至-0.05‰和-0.10至0.20‰;然而,断桥热液区以相对较小的质量分馏和无非质量分馏为特征,其中δ202Hg和Δ199Hg分别介于-0.63至-0.12‰和0.02至0.10‰之间。根据前人发表的和海洋相关地质端元数据发现,海水中明显富集汞的轻同位素和较大的非质量分馏(δ202Hg=-1.8+0.68‰;Δ199Hg=0.14+0.14‰);而地幔中δ202Hg=-0.23+0.19‰;Δ199Hg=0.02+0.02‰。根据质量守恒定律,研究人员推测断桥和玉皇硫化物中,海水提供了~5%和~29%的汞,而大部分的汞是来自于玄武岩。

  相关成果近期发表在国际地学期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。该成果由国家重点研发计划和国家自然科学基金面上项目资助。

  论文链接

图1 西南印度洋洋中脊部分热液区位置分布图

图2 西南印度洋脊断桥和玉皇热液区汞循


研究团队单位:地球化学研究所

分类标签:科学进展  

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