冲绳海槽冷泉碳酸盐结壳与结核差异形成机制：硫酸盐驱动与铁驱动甲烷厌氧氧化的关键作用

本研究针对冲绳海槽冷泉系统中硫酸盐驱动甲烷厌氧氧化（SD-AOM）与铁驱动甲烷厌氧氧化（Fe-AOM）对不同形态碳酸盐形成机制的调控问题，通过矿物学与地球化学分析，揭示了结壳（高甲烷通量浅层环境）与结核（低甲烷通量深层环境）的差异形成条件。研究发现结壳以文石为主且δ18 OCAS /δ34 SCAS 斜率低，指示SD-AOM主导；结核含白云石与菱铁矿，结合富铁微生物结构，证实Fe-AOM贡献。该成果为理解冷泉系统中碳-硫-铁耦合循环提供了新证据，发表于《Marine and Petroleum Geology》。

　　

冷泉系统是深海甲烷循环的重要窗口，其形成的碳酸盐记录了流体活动与微生物作用的协同过程。然而，硫酸盐驱动甲烷厌氧氧化（SD-AOM）的研究已较成熟，铁驱动甲烷厌氧氧化（Fe-AOM）的机制及其对碳酸盐形态的影响仍不明确。冲绳海槽因陆源沉积输入活跃、断裂发育及热液活动频繁，成为研究这两种过程的天然实验室。中国地质调查局等机构的研究团队通过分析该区域结壳与结核的矿物学及地球化学特征，揭示了SD-AOM与Fe-AOM的差异贡献，相关成果发表于《Marine and Petroleum Geology》。

研究采用薄片显微观察、X射线衍射（XRD）确定矿物组成，结合稳定同位素（δ¹³
C、δ¹⁸
O）和碳酸盐伴生硫酸盐（CAS）的硫氧同位素分析碳源与流体成因，利用稀土元素（REE）配分模式与铁形态分析反演氧化还原条件。样本来自冲绳海槽北部620米（GGD5站）和522米（D2站）水深的海底拖网采集。

形态与矿物学特征
结壳表面粗糙且疏松，含铁锰氧化物涂层及生物壳体，以文石为主；结核质地致密，含微晶方解石、白云石及菱铁矿。矿物差异反映结壳形成于浅层高甲烷通量环境，结核则发育于深层低通量区域。

地球化学证据
所有样本δ¹³
C值低至-57.89‰（V-PDB），指示碳源自生物甲烷；δ¹⁸
O富集暗示流体与天然气水合物分解有关。结壳的CAS同位素斜率低（0.21）支持SD-AOM主导，而结核中白云石、菱铁矿及微生物铁结构的共存证实Fe-AOM参与。

形成环境解析
REE显示结壳沉淀于近海底氧化环境，结核则形成于更还原的深层。铁富集与热液输入相关，为Fe-AOM提供电子受体。

研究结论强调，碳酸盐形态差异（结壳vs结核）直接关联甲烷通量深度分异与AOM类型：SD-AOM主导浅层文石结壳形成，Fe-AOM驱动深层白云石/菱铁矿结核沉淀。这一发现深化了对冷泉系统碳-硫-铁耦合循环的理解，为全球甲烷预算评估及古环境重建提供了新的地球化学指标。