沉积物中钼同位素的变异性反映了过去约3万年（自全新世开始）印度尼西亚含铁湖泊Towuti水柱氧化状态受气候影响的变迁

《Quaternary Science Reviews》：Sedimentary Mo isotope variability reflects climate-driven water column oxygenation changes in ferruginous Lake Towuti, Indonesia over the last ～30 ka BP

本文通过分析印尼托乌蒂湖表层沉积物的钼浓度和同位素组成，揭示了铁丰富的淡水环境中钼同位素δ98Mo作为水柱氧化状态指示器的潜力。研究发现，表层沉积物中钼浓度（0.12-1.11 μg/g）和同位素组成（δ98Mo -1.13‰至-0.14‰）与水深、水动力分选及氧化还原过程密切相关。沉积芯数据表明，末次冰期（前30-14 ka）水体完全氧化，δ98Mo较低；而 Holocene 时期（前14 ka至今）水体分层加剧，δ98Mo升高，与气候变暖、降水增加及有机质积累相关。研究证实钼同位素可有效重建古水柱氧化状态，并区分淡水与海洋环境机制。

　　湖水的氧化还原状态变化是研究地球环境演变的重要指标之一，而钼（Mo）的浓度及其同位素组成被广泛认为是反映这些变化的敏感记录器。近年来，科学家们在海洋环境中发现，Mo同位素可以有效地追踪过去海洋的氧化还原变化，特别是在海洋缺氧事件（如海洋缺氧事件OAEs）中。然而，对于淡水湖泊系统中Mo同位素的行为和其在不同氧化还原条件下的变化，仍然缺乏系统的理解。湖水的氧化还原状态不仅受水体本身的化学条件影响，还与气候、风力、蒸发作用以及湖泊内的生物活动密切相关。这些因素共同作用，影响了Mo的迁移、吸附和沉积过程，从而形成了湖泊沉积物中Mo浓度和同位素组成的独特模式。

在研究湖水氧化还原条件变化时，Mo的浓度和同位素组成能够提供重要的线索。与海洋环境相比，淡水湖泊中的溶解Mo浓度通常较低，这可能使Mo同位素组成对氧化还原条件的变化更加敏感。此外，淡水湖泊的同位素组成也受到湖泊周围地质特征和湖泊内部过程的影响，例如流域特性、湖水混合模式以及沉积物的来源。这些因素使得湖泊中的Mo同位素组成与海洋环境中的情况有所不同。因此，研究淡水湖泊中Mo的行为，不仅有助于理解湖泊的氧化还原过程，还可能为重建过去海洋环境提供新的视角。

在本研究中，科学家们聚焦于印度尼西亚苏拉威西岛的Towuti湖，该湖是一个大型、深达200米的构造湖，其流域广泛且复杂。Towuti湖的流域主要由超基性岩（如橄榄岩、辉石岩和方辉橄榄岩）构成，这些岩石在风化过程中会释放出大量的Mo。此外，流域内的后期氧化物土壤（如铁氧化物和锰氧化物）也会对Mo的来源和迁移产生重要影响。这些地质特征决定了Mo在湖水中的分布和沉积物中的同位素组成。因此，研究Towuti湖的Mo浓度和同位素组成，有助于揭示湖泊在不同氧化还原条件下Mo的沉积模式，并进一步理解湖泊系统与全球气候变化之间的关系。

Towuti湖的湖水结构表现出明显的分层现象，其氧化还原界面（oxycline）位于约140米水深处。在氧化层上方，湖水中的溶解Mo浓度较低，而同位素组成则偏向较轻的Mo同位素。相反，在氧化层下方，湖水处于缺氧状态，溶解Mo的浓度较高，且同位素组成偏向较重的Mo同位素。这种差异可能源于氧化层上方的吸附作用和氧化层下方的生物地球化学过程。例如，在氧化层上方，铁氧化物和有机质（OM）对Mo的吸附作用可能影响了Mo同位素的分布。而在氧化层下方，由于缺氧环境的存在，Mo的释放和沉积可能受到不同的机制控制。

研究还发现，Towuti湖的Mo浓度和同位素组成在不同水深和不同流域区域表现出显著的空间差异。这些差异可能与湖水的混合模式、沉积物的来源以及水体中的氧化还原条件有关。例如，在远离主要入湖河流的湖泊深处，Mo的浓度较高，这可能是由于水动力学排序（hydrodynamic sorting）导致的。而在靠近主要入湖河流的区域，Mo的浓度较低，这可能与沉积物的来源和混合效率有关。此外，研究还发现，湖水中的Mo同位素组成与有机质含量之间存在一定的关联。在缺氧的深层水体中，有机质的富集可能促进了Mo的吸附和沉积，从而导致Mo同位素组成的变化。

通过分析Towuti湖的沉积物柱（sediment piston core），科学家们进一步揭示了Mo同位素在不同地质时期的变化趋势。研究发现，在距今约30千年前的最后一个冰期（last glacial maximum）期间，湖水的氧化还原条件与现代相比发生了显著变化。这一时期的Mo同位素组成较低，表明湖水可能存在更广泛的混合和充分的氧化，这与当时的气候条件（如较低的温度和降水）相吻合。而在距今约14千年以来的全新世（Holocene），Mo同位素组成较高，表明湖水的分层现象更加明显，深层水体处于缺氧状态。这种变化趋势与湖泊沉积物中其他氧化还原指示剂（如有机质含量、铁氧化物和硫化物的分布）的记录一致，进一步支持了Mo同位素作为湖泊水体氧化还原变化的指示器。

研究还指出，Towuti湖的Mo同位素组成与气候条件密切相关。在冰期，由于降水较少和蒸发作用增强，湖水的混合程度较高，导致Mo的吸附和沉积受到抑制，从而形成了较低的Mo同位素组成。而在全新世，气候变暖和降水增加促进了湖水的分层现象，使深层水体长期处于缺氧状态，这可能增强了Mo的吸附和沉积，导致Mo同位素组成偏高。这种变化模式不仅反映了湖泊自身的氧化还原动态，也揭示了气候对湖泊生态系统的影响。

此外，研究还探讨了Mo同位素在湖泊沉积物中的保存和迁移过程。例如，在缺氧条件下，有机质的富集可能促进了Mo的吸附和沉积，而在氧化条件下，铁氧化物的形成和变化可能影响了Mo的分布。这些过程共同作用，导致了湖泊沉积物中Mo同位素的显著变化。研究还发现，Mo同位素的变化可能受到多种因素的影响，包括沉积物的来源、水动力学排序以及氧化还原条件的变化。因此，理解这些因素之间的相互作用，对于准确解释Mo同位素在湖泊沉积物中的变化至关重要。

总体而言，Towuti湖的Mo同位素研究为理解湖泊水体氧化还原变化提供了新的视角。通过分析现代湖泊沉积物和沉积物柱的Mo浓度和同位素组成，科学家们不仅揭示了湖泊内部的地球化学过程，还为重建过去气候和环境变化提供了可靠的证据。这些发现表明，Mo同位素可以作为湖泊水体氧化还原变化的有效指标，特别是在富含铁且低硫的环境中。此外，Towuti湖的研究结果还对全球海洋中Mo的地球化学循环具有重要意义，特别是在早期地球海洋的氧化还原条件研究中。这些研究结果有助于进一步理解地球历史上的海洋氧化过程，并为未来的地球化学研究提供新的思路和方法。