科研成果
洋中脊热液系统硫化物的活化与再迁移影响了海洋的Zn同位素质量平衡
时间：2023年01月10日
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洋中脊热液系统是将地球内部的Zn带入海洋的重要媒介，对海洋的Zn循环具有重要影响。硫化物形成过程中，Zn同位素的分馏主要与含Zn矿物的沉淀有关，即矿物相对于流体更为富集轻的Zn同位素组成，因此，随着成矿作用的进行，矿物沉淀之后的残余流体相对富集较重的锌同位素组成。因此，传统观点认为，热液活动以向海洋输送重的Zn同位素为特征。然而，最近的研究发现，慢速、超慢速洋中脊热液区赋存的硫化物不仅具有显著的Zn同位素组成差异，一些羽状流的颗粒物还具有较轻Zn同位素组成。目前，对上述Zn同位素组成特征的形成机制及其对海洋Zn同位素质量平衡的影响还不清楚。
自然资源部海底科学重点实验室陶春辉研究员课题组的廖时理副研究员，与长安大学温汉捷教授课题组及合作者开展了超慢速扩张西南印度洋脊断桥热液区（图1）的Zn同位素组成研究，发现该区硫化物样品中晚期流体通道的硫化物矿物（δ66Zn = −0.05 ± 0.15‰; n = 19）具有比早期外壳状硫化物矿物更轻的Zn同位素组成（0.13 ± 0.15‰; n = 10），表明洋中脊热液系统可以向海洋中输送轻的Zn同位素组成。
图1 西南印度洋脊断桥热液区的地理位置
进一步的，本研究基于深部淋滤流体、海水和初始成矿流体的同位素质量平衡，采用瑞利分馏模型估算了断桥热液区深部含Zn硫化物的再迁移程度（图2），发现这种再迁移来源的Zn可能占晚期流体通道硫化物中Zn总量的1/3~2/3。同时，根据当前慢速-超慢速扩张洋脊的热液Zn通量的认识，估算出全球海洋达到Zn同位素质量平衡所需的轻Zn同位素储库达3.6 × 108 -4.3 × 108 mol/yr，是前期识别规模的115~140%（图3）。上述研究表明，洋中脊热液活动不仅可以向海洋中输送轻的Zn同位素组成，而且对海洋的Zn同位素质量平衡具有重要影响。
图2 断桥热液区Zn同位素组成的瑞利分馏模型
图3 海洋Zn同位素质量平衡示意图
上述研究成果近期发表在国际地球化学主流期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。本研究受国家自然科学基金（92162214，42006074, 42127807, 42073010）、国家重点研发计划项目“透视超慢速扩张洋脊热液系统”（2018YFC0309902）、中国大洋协会十三五课题(DY135-S1-1-02)等项目资助。
引用：
Liao S, Tao C, Wen H, Yang W, Liu J, Jamieson J W, Alveirinho Dias Á, Zhu C, Liang J, Li W, Ding T, Li X, Zhang H. Hydrothermal remobilization of subseafloor sulfide mineralization along mid-ocean ridges contributes to the global oceanic zinc isotopic mass balance. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2022. https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.08.022.
