中印度洋盆地微陨石研究：类型、通量、蚀变及其对海洋生物地球化学的影响

本研究针对地外物质对海洋生物地球化学过程的潜在影响，系统分析了中印度洋盆地(CIOB)深海底沉积物中微陨石(MMs)的类型、通量及蚀变特征。通过3610颗宇宙球粒(CSs)的蚀变统计与通量计算，发现约95%的CSs在海水环境中被蚀变或完全溶解，每年为海洋提供3080吨橄榄石溶解产物，包括495吨Mg2+、1110吨Fe2+和1928吨硅酸。研究揭示了微陨石溶解对海洋营养盐供给和CO2封存的重要作用，为理解地外物质与地球环境演化关系提供新视角。

　　

浩瀚宇宙中持续降落的地外物质，如同看不见的"宇宙雨"，在地球46亿年历史中不断塑造着海洋环境。微陨石(Micrometeorites, MMs)作为地外物质的主要载体，其直径通常不足2毫米，却承载着解开太阳系演化与地球生命起源之谜的关键信息。尽管学术界早已认识到MMs的重要性，但关于它们在海洋环境中的归宿及其对生物地球化学循环的影响，始终存在三大谜团：深海中MMs的真实通量究竟是多少？海水蚀变如何改变其物理化学特性？这些"天外来客"又如何参与海洋碳-硅-铁循环？

针对这些核心问题，中国科学院海洋研究所的研究团队在《Geoscience Frontiers》发表了突破性研究成果。通过对中印度洋盆地(CIOB)36个站点约2吨深海底沉积物的系统分析，结合南极冰芯样本对比，首次量化了MMs在海洋中的溶解动力学过程及其生物地球化学效应。研究采用Okean抓斗采样器获取5500米深海底沉积物，通过200μm筛分、磁选富集后，运用扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)进行形貌观察与成分分析，并创新性采用ImageJ软件量化蚀变面积比例。

3.1 微陨石的岩相学特征
研究团队鉴定了5355颗宇宙球粒(CSs)，发现深海样本中 barred olivine (BO)型占比高达45%，显著高于南极样本(10%)。这种差异源于海水对CSs玻璃相的优先蚀变，使原本在南极样本中被误判为cryptocrystalline (CC)型的BO结构在深海环境中显现。值得注意的是，I型CSs在深海表现出最强的抗蚀变能力(平均蚀变6%)，印证了磁铁矿比橄榄石更耐海水腐蚀的特性。

3.2 CSs的化学成分
三元图显示所有S型CSs的Fe-Mg-Si组成均落在碳质球粒陨石区间，Fe/Mg与Fe/Mn摩尔比进一步证实其CI型球粒陨石起源。特别的是，Mg/Si比值(0.2-2.2)的分布特征揭示了大气层烧蚀导致的镁元素挥发损失，而Al/Si和Ca/Si则完美保持原始比值，为识别蚀变程度提供了新指标。

3.4 微陨石蚀变统计
通过1050颗深海CSs与1745颗南极CSs的对比，建立了首个定量蚀变谱系：BO型蚀变最剧(19%)，porphyritic (PO)型次之(17%)，I型最稳定(6%)。蚀变程度与颗粒暴露时间呈正相关，计算显示<50μm的MMs需数年沉降至海底，期间可能完全溶解；而>70μm颗粒因快速沉降(约30天)更易保存。

3.5 深海CSs通量计算
基于48kyr沉积年龄的校正，研究得出全球深海MMs保存通量为229±105 t yr^-1，仅为南极通量的5%。这一差值揭示惊人的事实：每年约3540吨落入海洋的MMs中，95%在海水溶解，释放出3080吨橄榄石。通过(Mg,Fe)₂SiO₄+4CO₂+4H₂O→2(Mg,Fe)²⁺+4HCO₃^-+H₄SiO₄反应，这些"宇宙矿物"持续为海洋注入营养盐。

4.3 MMs对地球化学演化的影响
40Myr以来，印度洋累计溶解23Gt橄榄石，封存7Gt CO₂。推及全球海洋，这一过程可能固定了35Gt CO₂。特别值得注意的是8.3Myr前的Veritas小行星碰撞事件，其激增的宇宙尘通量可能在1.5Myr内额外封存6Gt CO₂，展现了地外事件对地球气候的调控潜力。

这项研究开创性地构建了"宇宙尘-海洋溶解-生物泵-碳封存"的完整链条，揭示星际物质参与地球系统循环的精细机制。不仅为理解早期地球生命关键元素来源提供新思路，更启示我们：看似遥远的星际事件，可能通过微陨石溶解这一隐秘通道，深刻影响着地球的过去、现在与未来。