西南印度洋脊热液成因氧化物沉积体的微生物矿化机理

The development of biomineralization in modern hydrothermal vent system is conducive to the research and the exploration about the early earth's history, the life evolution, the subsurface biosphere and the terrestrial planets. The hydrothermal biomineralization has in the decade becomes the focus of geobiological research with the introduction of the microelectronic technology and molecular biology technology. Available information indicates that microorganisms play a critical role in the formations of Fe- and Si- rich oxyhydroxide deposits in the hydrothermal systems globally. Furthermore, the biomineralization of modern chemolithoautotrophic microorganisms has been identified to be at the nexus of the interaction between the geoshpere and the biosphere and essentially complement or even modify the viewpoint of the bioscience and geology. In this study, we combine mineralogical (such as scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, electron probe micro-analysis and optical observation) and geochemical methods (such as elemental and O, Si, Fe and Sr isotopic analyses and energy dispersive spectral tests) to determine the precipitation, biomineralization, biosignature and early diagenesis (mainly is thermal stability) of modern hydrothermal Fe- and Si- rich oxyhydroxides and more specifically to address the biogenic mechanism of deposition of Fe oxyhydroxide and the coprecipitation of dissoved silica in this process. One important goal of this research is to characterize and construct a numerical model of mineralized mats in two- and three-dimensional direction, including the factors of elements, isotopic ratios and minerals. Samples of this research come from newly discovered hydrothermal fields on the Mid-Ocean Ridge in Southwest Indian Ocean. This study has a general relevance to research on modern Fe-Si oxyhydroxide deposit and its historical analogue, banded iron-formations (BIFs), on Earth and may deepen our understanding of the earth history,life evolution and even the astrobiology.

现代洋底热液系统中的氧化物沉积体耦合了地质与微生物的相互作用，是地球科学与生命科学交叉研究的前沿领域之一。该沉积体形成涉及了无机化能微生物的作用,在此方向上开展的研究是打开古代类似地质体成因之谜的一把钥匙。本项目以西南印度洋脊新发现热液喷口为研究对象，首先从矿物学、地球化学及分子生物学等方面对热液来源氧化物沉积体进行研究，探讨微区尺度上的矿物组合，元素、同位素（包括O、Si、Fe、Sr同位素）的分布特征以及参与矿物形成过程中的微生物学信息，建立热液微生物矿化模型；同时，利用室内实验模拟手段研究微生物介导的Fe-Si沉积体的热稳定性以及富Fe与富Si矿物后期分异作用，探寻其元素、化学键与矿物在该作用中的演化，揭示其成岩蚀变规律并评估生物因素的作用，在以上工作开展的基础上，最终建立起地质历史时期此类沉积体中可信的生物活别标志，以期为古代条带状Fe建造成因机理提供现代视角上的有益依据。

现代洋底热液系统中的氧化物沉积体耦合了地质与微生物的相互作用，是地球科学与生命科学交叉研究的前沿领域之一。该沉积体形成涉及了无机化能微生物的作用,在此方向上开展的研究是打开古代类似地质体成因之谜的一把钥匙。本项目主要以西南印度洋脊新发现的龙旂、天作和断桥三个热液喷口为研究对象，首先从形貌学、矿物学、地球化学及分子生物学等方面对热液来源的Fe-Si氧化物沉积体进行研究，探讨微区尺度上的矿物类型、组合、元素、同位素（包括C、O、Si、Fe、Sr、Nd等稳定同位素）的分布特征以及参与矿物形成过程中的微生物学信息，建立热液微生物矿化模型；同时，利用室内实验模拟手段研究微生物介导的Fe-Si沉积体的热稳定性以及富Fe与富Si矿物后期分异作用，探寻其元素、化学键与矿物在该作用中的演化，揭示其成岩蚀变规律并评估生物因素的作用，在以上工作开展的基础上，最终建立起地质历史时期此类沉积体中可信的生物活别标志，以期为古代条带状Fe建造成因机理提供现代视角上的有益依据。项目实施后，我们首先弄清了现代洋底热液喷口热液Fe-Si氧化物沉积体的矿物学组成，建立了现代海底热液区Fe-Si氧化物的微生物矿物模式、确立了古、今热液微生物成矿沉积体的识别标志，创新了太古代海洋中条带状铁建造的成因模式理论；不仅如此，我们还在现代海底热液系统和邻区的冷泉系统之间建立了物质循环的耦合作用，并指出了Fe-AOM的关键作用，取得了良好的理论创新成果。. 依托本项目，我们还积极参与了多个相关野外调查航次，培养了3名研究生，支持了2名博士后的在站科研工作，撰写了14篇科技文章，申请了6项发明专利，与2个国外科研团队建立了有效的合作关系，并且获取了有显示度的专业领域和科学普及的成果，取得了良好的社会效益。