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南海西北部陆坡冷泉区浅表层沉积物中的甲烷来源及周转量研究

6、海洋地球科学 > 专题7：深海极端环境与生命过程

南海西北部陆坡存在活动冷泉--海马冷泉，然而冷泉区甲烷循环相关的生物地球化学过程还并不缺少定量研究。我们对海马冷泉以西CL30, CL44和CL47三个站位浅层柱状样的孔隙水和自生钡（Ba）峰开展了地球化学和数值模拟研究。结果显示，三根柱状样的孔隙水剖面具有典型的拐点，很可能是由于甲烷通量增大以及气泡灌洗所导致的，现今的硫酸盐-甲烷转换带（SMTZ）深度分别为4.7, 6.8和7.0 mbsf（海底以下）。通过一维稳态模型模拟CL44和CL47柱状样孔隙水SO42-, CH4, PO43-, Ca2+, Mg2+以及溶解无机碳（DIC）剖面，我们发现SO42-主要由甲烷缺氧氧化作用（AOM）消耗，AOM反应速率相当高，分别为74.3 mmol m-2 yr-1（CL44）与85.0 mmol m-2 yr-1（CL47）。大部分甲烷由外部气源供给，而非来自原位产甲烷作用。两个站位的SMTZ上边界发育一层Ba峰，据估计两个站位的甲烷渗漏已经分别持续了0.8-1.6kyr和3.0kyr。非稳态模型模拟结果显示CL30站位在约85yr以前溶解甲烷通量显著增大。这个时间比现今SMTZ之上的Ba峰形成时间短得多（2.2-4.2kyr）。这暗示SMTZ的深度可能随着或长或短的甲烷通量周期性变化而波动。此外，模型计算还表明外源甲烷为微生物成因，可能来源于下伏的游离气带。我们的结果指示海马冷泉周边更广阔的区域存在很可能持续了数百年至数千年较为强烈的甲烷渗漏活动，Ba峰和孔隙水地球化学综合研究能够揭示冷泉活动的历史。