冷泉环境是海洋中元素钼重要的汇吗？—以南海琼东南海域活动冷泉研究为例

Seepage of methane-rich fluids containing abundance hydrogen sulfide (H2S) out of the sedimentary column is a widespread phenomenon along continental margins. A previous study on molybdenum (Mo) mass balance concluded that there are additional sinks of Mo as much as 30% of the global Mo flux in unknown environments in the ocean. Because Mo is highly sensitive to H2S and trends to be enriched at cold seeps, which usually contain abundance H2S, cold seep environment was suggested as a potential Mo sink in the ocean. However, it is not clear whether cold seep environment serve as the whole Mo sink (accounting for 30% of the global Mo flux) or part of it. This proposal intends to investigate the Mo and sulfur geochemistry and other geochemical parameters of pore water and sediments recovered at active cold seeps from Qiongdongnan Area of South China Sea. The aim of this proposal is to quantitatively evaluate the flux of Mo fixed in cold seep environment, confirm whether cold seep environment is an important Mo sink in the ocean, and reveal the conditions responsible for the Mo enrichments at cold seeps. This proposal has important implications for understanding the interchanges between seep fluids and seawater, and the compositions and evolution of Mo reservoir in the modern and ancient ocean.

大陆边缘广泛发育富含甲烷和硫化氢（H2S）的冷泉流体渗漏活动。先前的研究指出海洋中存在一个不知去向的、约占全球钼（Mo）通量30%的Mo汇。由于Mo对H2S高度敏感，容易在富H2S的冷泉环境中富集，因此冷泉环境被认为可能是Mo潜在的汇。然而目前还缺乏深入研究确定是全部约占全球30%的Mo通量的汇，还是其中的一部分进入到了冷泉环境中。本项目拟通过南海琼东南海域活动冷泉区的孔隙水和沉积物的Mo与硫的地球化学及其他参数的综合研究，来估算冷泉环境固定Mo的通量，确定冷泉环境是否为海洋中元素Mo重要的汇，揭示冷泉环境中富集Mo所需要的条件。该项研究对于深化认识冷泉流体和海洋水体间的物质交换、现代海洋Mo库的组成和古海洋Mo库的演化等均具有重要的科学意义。

对南海琼东南海域活动冷泉（即海马冷泉）以及其它水合物钻探区发育的冷泉沉积物、孔隙水以及自生碳酸盐岩样品进行了元素和同位素地球化学分析，揭示了冷泉环境中形成元素钼（Mo）富集所涉及的地球化学过程和所需要的条件和环境特征，通过估算出冷泉环境中Mo的埋藏通量，初步显示冷泉环境是海洋中元素Mo重要的汇。冷泉区自生碳酸盐岩、孔隙水和沉积物的地球化学分析揭示了海马和其他冷泉区流体组成特征和自生碳酸盐岩及沉积物的形成环境特征。在钻探沉积物样品中发现了Mo的强烈富集均出现在含有大量的自生碳酸盐岩和化能自养型生物壳体的沉积物层位，这些层位显示的甲烷渗漏强度大，表明强烈的甲烷渗漏环境有利于Mo的强烈富集。相比较而言，对以甲烷扩散运移方式为特征的站位进行的孔隙水和沉积物地球化学分析表明以甲烷扩散运移方式为主的环境中由于从海水来的溶解Mo的补给不足，导致Mo从孔隙水中转移到沉积物的通量非常低，从而不利于沉积物中形成Mo的自生富集。上述研究结果表明只有强烈的甲烷渗漏才能导致冷泉沉积物中出现Mo的明显富集，而弱的甲烷渗漏一般难以形成Mo的富集。根据海马冷泉沉积物中大量Mo和总硫含量数据以及它们之间的相关，并结合大陆坡最大的硫埋藏量，初步估算出冷泉环境Mo的埋藏通量约为1.5×108 mol yr-1，与大陆边缘未知的Mo汇的通量相比属于同一个数量级，说明冷泉环境应该是海洋中Mo重要的汇。