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    西南印度洋中脊熱液區硫化物中汞同位素研究

    發布時間:2021-01-04

    目前,汞同位素在物質循環及生物地球化學過程中有著重要的應用,其具有極其特殊的地球化學及同位素地球化學性質。相比于其他金屬同位素(如鋅和鐵等元素的同位素),汞在多數生物過程中有著明顯的非質量分餾,其機制主要是光化學還原及甲基化等過程控制,且汞的非質量信號伴隨著汞的遷移而一直保存,是示蹤物質循環的理想工具。在海洋體系中,已有的研究表明,海水中具有較負的汞的質量分餾和較大的汞的非質量分餾;而在玄武巖等火山巖中,汞的同位素組成相對均一且沒有汞的非質量分餾信號。因此,汞同位素在研究熱液系統中金屬元素的物質循環有著重要意義。本項目選取了西南印度洋脊兩個典型的硫化物熱液區—玉皇和斷橋熱液區(49°E–52°E):玉皇熱液區離洋中脊7.5公里,硫化物主要為閃鋅礦, 黃鐵礦以及無定形硅等低溫礦物組合(陶春輝等, 2011,2014; 楊偉芳, 2017; Liao et al., 2018);斷橋熱液區處于洋中脊上,硫化物主要為黃銅礦和顆粒狀黃鐵礦等高溫礦物組合(見圖.1)。 

                        

     

     圖 1 西南印度洋洋中脊部分熱液區位置分布圖 

    通過對兩個熱區硫化物中汞及其同位素的研究發現,斷橋硫化物中汞含量介于3468121 ng/g之間;玉皇硫化物中汞含量介于43544035 ng/g之間。同時,兩個熱區中黃鐵礦和閃鋅礦均顯示比黃銅礦更高的汞含量,暗示汞可能取代鐵和鋅進入黃鐵礦和閃鋅礦中。而在汞同位素特征上,玉皇硫化物具有相對大的質量分餾和非質量分餾特征,其中δ202HgΔ199Hg 變化范圍分別為-1.23 至 -0.05‰ -0.10 至 0.20‰;然而,斷橋熱液區以相對較小的質量分餾和無非質量分餾為特征,其中δ202HgΔ199Hg分別介于 -0.63 -0.12‰0.02 0.10‰之間。根據前人發表的和海洋相關地質端元數據發現,海水中明顯富集汞的輕同位素和較大的非質量分餾(δ202Hg=-1.8+0.68‰;Δ199Hg=0.14+0.14‰);而地幔中δ202Hg=-0.23+0.19‰;Δ199Hg=0.02+0.02‰。根據質量守恒定律,我們推測斷橋和玉皇硫化物中,海水提供了~5% 和 ~29%的汞,而大部分的汞是來自于玄武巖。 

                                                

     

     圖2 西南印度洋脊斷橋和玉皇熱液區汞循 

    相關成果近期發表在國際地學期刊Geochimica et Cosmochimica Acta2020,28191–101)。詳細下載地址見https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.05.008。本成果由國家重點研發計劃2018YFC0309902和國家自然科學基金面上項目資助 (41773012) 

    (礦床室 朱傳威 /供稿) 

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