频繁或大规模沉积物补给对沉积物氧化还原动态的微宇宙模拟研究：锰铁循环作为沉积事件的生物地球化学指标

推荐：本研究通过微宇宙模拟实验，探讨了不同频率和强度的沉积事件对早期成岩过程的扰动机制。研究人员采用高分辨率DET技术和微电极监测，揭示了单次大体积沉积(OHV)和频繁小体积沉积(FLV)模式下O2、NH4+、Mn/Fe氧化物的动态响应，发现Mn-Fe解耦现象可作为识别沉积扰动的新指标，为海岸带沉积模型优化提供关键参数。

　　

海洋沉积环境如同一个动态的"化学记忆库"，频繁的沉积事件会不断改写其中的氧化还原密码。潮汐、洪水甚至人类活动带来的沉积物补给，就像一次次"重启"沉积层的生物地球化学反应，但科学家们对这些扰动后的恢复机制仍缺乏精细认知。法国昂热大学（Univ Angers）、南特大学（Nantes Université）等机构的研究团队在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》发表的研究，通过创新的微宇宙实验揭开了这个黑箱。

研究人员构建了三组微宇宙系统：未扰动对照组、单次厚层沉积组(OHV，2.7cm)和每周薄层沉积组(FLV，0.4cm/周)。运用微电极(50μm分辨率)监测溶解氧(DO)剖面，结合1D/2D扩散平衡薄膜(DET)技术获取孔隙水中NH₄⁺、NO₂^-、Mn_d和Fe_d的毫米级分布，辅以抗坏血酸提取法测定固态Mn/Fe氧化物含量。来自Bourgneuf湾Couplasse泥滩的沉积物样本经过冻融预处理以消除生物干扰。

【沉积压实与孔隙度】
侧视摄影分析显示，OHV组82%的压实发生在沉积后47小时内，而FLV组通过每周沉积维持高孔隙度。孔隙度剖面揭示沉积层永久性结构改变，这种物理变化为后续化学梯度重建设定了"舞台"。

【氧气渗透与界面通量】
令人惊讶的是，DO消耗通量(DOU)在所有处理组48小时内即恢复基线水平(约40 mmol m^-2 d^-1)，但OHV组的氧渗透深度(OPD)需3周才恢复正常。这表明微生物呼吸作用的快速适应能力远超预期。

【氮素转化动力学】
沉积事件像"化学搅拌器"般重塑氮循环。OHV组沉积18小时后，水柱中出现反常的硝化-反硝化界面，NH₄⁺梯度在沉积层内均质化(600 μmol L^-1)，但仅1周后即重建垂直分布。FLV组则因频繁扰动持续抑制硝化作用，导致NO₂^-浓度累积降低。

【锰铁氧化物的命运】
最精彩的发现来自Mn-Fe的"时空错位"现象。在OHV组，被埋葬的Mn氧化物(Mn_asc)富集层(3-8 μmol g^-1)在1周内迅速溶解，产生110 μmol L^-1的Mn_d峰值；而Fe氧化物(Fe_asc)的还原滞后1周，形成700 μmol L^-1的Fe_d峰。FLV组中，每周沉积使这种解耦效应放大，形成"沉积层蛋糕"式的Mn/Fe氧化物多层结构——每个历史界面都保留着氧化物的"化学记忆"。

这项研究建立了沉积频率与生物地球化学恢复的定量关系模型。单次沉积事件中，氮循环1周内恢复，Mn-Fe循环需3周；而频繁沉积使系统持续处于"化学亚健康"状态。特别重要的是，埋藏界面处Mn_asc/Fe_asc富集层与溶解峰的同时存在，成为识别沉积历史的"双指纹"。该发现为冰川前缘、浊流区等动态环境的沉积年代学提供了新工具，其揭示的Mn-Fe解耦机制还将优化全球碳模型中的金属耦合参数。正如研究者强调的："沉积层中的锰铁氧化物就像地质时钟的齿轮，记录着每一次环境扰动的精确时刻。"