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自生碳酸盐岩与上覆生物群落密度关系的探讨

6、海洋地球科学 > 专题7：深海极端环境与生命过程

作为冷泉系统重要的生物地球化学过程，甲烷厌氧氧化作用（AOM）促进了自生碳酸盐岩的广泛形成和化能合成生物群落的发育(Luff and Wallmann 2003)。自生碳酸盐岩与海底富甲烷流体活动密切相关，并记录了冷泉活动的地质过程信息。甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌是AOM作用的重要参与者，也是冷泉系统化能合成生物群落的生产者，这些生物群落的繁荣与消亡很大程度反映了冷泉系统的演化。关于不同密度的生物群落与自生碳酸盐岩之间的关系仍需探索。
基于激光拉曼光谱技术方便、探测时间短、原位探测的优点，我们将自主研发的深海原位激光拉曼光谱探测系统(Raman insertion Probe, RiP)系统 (Zhang et al. 2017)在南海北部台西南盆地福尔摩沙脊（Site F）冷泉区不同密度生物群落覆盖的自生碳酸盐岩开展了广泛的原位探测，获得了311张不同位置的原位拉曼光谱。结合自生碳酸盐岩的原位拉曼光谱以及从代表性区域采集的样品的XRD、SEM、AMS 14C结果，研究表明从繁茂生物群落覆盖的区域到裸露自生碳酸盐岩区域，随着生物密度的降低，文石结构逐渐受到破坏，文石含量也逐渐降低，反之石英含量则逐渐升高。当冷泉系统处于繁盛时期，密集的生物群落有助于富甲烷流体的横向运移，扩宽了甲烷厌氧氧化反应的范围(Du et al. 2018)，促进了密集生物群落覆盖下的高结晶度文石的生成。当生物群落进入消亡期，文石结构破坏严重，含量降低(Xi et al. 2018)。上述结果揭示了生物群落密度极大地反映了冷泉系统的演化。
我们建立了Site F的生物地貌模式图，细化了Site F生物群落特征与下伏自生碳酸盐岩之间的联系（图 1）。本研究基于不同密度生物群落覆盖下自生碳酸盐岩的差异性，发现文石和石英可以作为重要指示矿物反映冷泉系统的演化，建立了冷泉系统空间尺度和时间尺度的联系。