冷泉生物"生命效应"的地球化学记录及其对沉积特征的改造：贻贝和管状蠕虫环境沉淀的冷泉碳酸盐岩的对比研究

贻贝类和管状蠕虫是典型的冷泉生物，他们常与冷泉碳酸盐岩及水合物共生。他们在维持生命过程中具有特殊的"生命效应"：一些贻贝类优先将环境中的"轻碳"（δ12C）和"轻氮"（δ14N）固定在其生物组织中；部分管状蠕虫通过根部释放硫酸盐到深部地层来加快硫酸盐还原，增加硫化物的供给来延续生命。冷泉生物的这些"生命效应"将改变其生存环境的地球化学特征。冷泉系统生物活动的产物-冷泉碳酸盐岩为研究冷泉生物"生命效应"的地球化记录及对沉积特征的改造提供了绝佳的机会。本项目拟对比研究已获得的墨西哥湾深水区冷泉系统贻贝和管状蠕虫环境中沉淀的冷泉碳酸盐岩的岩石、矿物、同位素及元素地球化学特征，探索冷泉生物活动"生命效应"的地球化学记录，阐明冷泉生物活动及对沉积特征的改造机制，揭示冷泉系统生物地质相互作用规律，加深对冷泉生物及冷泉碳酸盐岩的认识，为我国海域冷泉生态系统的调查研究提供思路。

项目对比研究了冷泉系统贻贝环境沉积的碳酸盐岩（贻贝碳酸盐岩）和管状蠕虫环境沉淀的碳酸盐岩（管状蠕虫碳酸盐岩）的岩石学、矿物学及地球化学特征。结果表明贻贝碳酸盐岩的矿物组成以方解石为主，而管状蠕虫碳酸盐岩则主要为文石，这是因为管状蠕虫通过其根部释放硫酸根到深部地层，使得局部成为一个有利于文石沉积的高硫酸根环境。还发现与贻碳酸盐岩相比，管状蠕虫碳酸盐岩具有更低的碳同位素值。造成这种现象的原因可能包括：（1）冷泉生物具有的特殊的“生命效应”，贻贝类优先将环境中的“轻碳”（12C）固定在生物组织中，使得该环境相对富集“重碳”（13C），这种信号最中记录在原地沉积的冷泉碳酸盐岩中；（2）管状蠕虫通过根部释放硫酸盐到深部地层来加快局部的硫酸盐还原速率，有效地促进甲烷缺氧氧化作用的进行，而在甲烷缺氧氧化的过程中会有一个明显的碳同位素负的分馏，同样会导致管状蠕虫碳酸盐岩具有更低的碳同位素值；（3）贻贝类通常在海底海水/沉积物界面附近活动，有利于将更多的海水成分加入到沉淀的冷泉碳酸盐岩沉淀中。冷泉系统中宏体生物的生命活动极大的改造了其生存环境的地球化学特征，而这种改造作用可以很好的记录在碳酸盐岩中，今后对孕育宏体生物冷泉系统沉积的碳酸盐的研究须充分考虑到冷泉生物“生命效应”的影响。进一步的观察还确定了冷泉系统中贻贝和管状蠕虫在时间上往往具有一个演化序列：冷泉系统发育初始，系统中以贻贝为主；接下来是贻贝和管状蠕虫并存的阶段；最后贻贝不再发育，演化成以管状蠕虫为主。控制冷泉生物在时间上演化的主要因素为冷泉系统流体渗漏速率的变化。通过三年的研究，项目在冷泉系统生物地球化学过程方面做了大量有益的尝试，在探索冷泉生物活动"生命效应"的地球化学记录以及阐明冷泉生物活动及对沉积特征的改造机制方面做出了原创性的研究成果，有效的加深了对冷泉生物及冷泉碳酸盐岩的认识。