加拿大科迪勒拉山脉Dewar Creek地热泉矿物盐渍的地质背景与微量元素营养供应机制研究

本研究针对哺乳动物矿物盐渍需求与地质背景的关联机制，通过分析加拿大科迪勒拉山脉Dewar Creek地热泉沉积物的矿物学和微量元素特征，揭示了Sr(3000–12000 ppm)和Mn(4000–9000 ppm)在碳酸盐矿物中的高富集现象及其对偶蹄类动物的营养意义，为理解地质过程控制生物必需元素供给提供了新范式。

　　

在加拿大科迪勒拉山脉的荒野深处，Dewar Creek地热泉的矿物盐渍区长期吸引着麋鹿、山羊等偶蹄类动物前来舔舐。这一现象背后隐藏着地质学与生态学的精妙联系——碳酸盐沉积物中富含的微量元素如何满足哺乳动物的营养需求？尽管前人研究记录了矿物盐渍的化学成分，但对其形成的地质控制机制及其与区域构造-地层背景的关联仍缺乏系统认知。

Paul L. Broughton的研究团队通过多学科交叉方法，首次揭示了Dewar Creek地热泉矿物盐渍的地质成因与生物营养价值的直接联系。研究发现，该盐渍区由橙褐色底部沉积物和白色表层结壳组成，其高浓度锶（Sr）和锰（Mn）的富集与邻近的Fry Creek岩基深部热液活动密切相关。这项发表于《Journal of Trace Elements and Minerals》的研究，为理解地质过程如何调控生态系统关键营养元素供给提供了全新视角。

研究采用粉末X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和拉曼光谱等技术，结合来自地热泉沿线的沉积物样本（10份底部沉积物和20份表层结壳），系统分析了矿物组成和元素分布特征。

4.1 溶液化学特征
地热泉水总溶解固体（TDS）达828 mg/L，pH 6.4-8.3，含有异常高的Sr（3.4 ppm）、Fe（9 ppm）和Li（0.9 ppm）。水化学分析显示，Ca²⁺
-HCO₃
^-
体系主导了碳酸盐沉淀环境。

4.2 沉积物矿物学
底部沉积物以方解石（80-99%）为主，含铁氢氧化物（水铁矿、傅克石）染色；表层结壳则包含方解石、萤石（CaF₂
）、无水石膏（CaSO₄
）等矿物。拉曼光谱证实底部沉积物中存在傅克石[Fe²⁺
₄
Fe³⁺
₂
(OH)₁₂
][CO₃
]·3H₂
O]和水铁矿（Fe₂
O₃
·0.5H₂
O）混合相。

4.3 微量元素分布
ICP-MS分析揭示底部沉积物含Sr 4340-5490 ppm、Mn 4320-9340 ppm；表层结壳Sr含量高达8000-12000 ppm，且以取代方式进入方解石晶格。这种异常富集源于深部岩基风化产物的热液输送。

5.1 沉积过程与元素来源
研究提出"深部岩基-断裂带-地表泉"的元素迁移模型：Fry Creek岩基风化释放的Sr²⁺
、Mn²⁺
等通过断层循环的热液输送至地表，在降温-脱气过程中与微生物活动协同沉淀。非晶质碳酸钙（ACC）作为中间相，通过有机分子（如胞外聚合物EPS）或高Sr浓度稳定存在。

5.2 地质背景对盐渍的调控
该研究首次建立了矿物盐渍形成的地质框架模型：1）岩浆热源提供元素活化能量；2）断裂系统构成元素迁移通道；3）地表泉华沉积实现生物可利用形态转化。特别指出Sr的生物有效性与其在方解石晶格中的取代状态直接相关。

这项研究的意义在于：
1）揭示了地质过程如何通过"岩石-水-微生物"系统调控必需微量元素的生物可利用性；
2）阐明了高锶碳酸盐沉积对偶蹄类动物骨骼代谢（抑制破骨细胞活性、促进成骨作用）的特殊价值；
3）为野生动物保护区的生态管理提供了地质学依据，建议将类似地热系统纳入关键矿物补给区的保护范畴。

该成果不仅填补了地质学与野生动物生态学的交叉研究空白，也为理解其他地区矿物盐渍的形成机制建立了可推广的研究范式。未来研究可扩展至不同岩性背景下的盐渍比较，以及Sr在动物体内的具体代谢途径等领域。