南海北部陆坡不同矿物组分冷泉碳酸盐岩的生物地球化学对比研究

Anaerobic oxidation of methane (AOM)，which is conjointly conducted by consortia of anaerobic methane-oxidizing archaea (ANME) and sulfate-reducing bacteria (SRB). This process of anaerobic oxidation of methane can be recored in seep carbonates by lipid biomarkers, but newly studies of biogeochemistry found that the methanogens and aerobic oxidation of methane may occur in AOM, and people know little about the relationship of predominant consortia, cold-seep fluids and the mineral compositons.Therefore,this project will focus on the studies of lipid biomarkers and their isotopes on seep carbonates of different mineralogies,using the seep carbonates selected by "Sonne 177","Haiyang 4" and "Jiaolong" cruise, racing the anaerobic oxidation of methane,if there are methanogens and aerobic oxidation of methane,the relationship of predominant consortia, mineralogies and cold-seep fluids. Study the difference of biogeochemistry of different mineralogies carbonates.The results will be further used in study of cold-seep mechanisms of the South China Sea and exploration evaluation of seep gas hydrate.

冷泉碳酸盐岩反映了缺氧还原条件下甲烷微生物氧化的生物地球化学过程。而微生物氧化甲烷的过程能够通过生物标志物的形式被记录在冷泉碳酸盐岩中，但新近的生物地球化学研究发现甲烷厌氧氧化过程中也可能存在产甲烷作用和甲烷有氧氧化作用，并且古菌微生物优势种群、冷泉流体渗漏特征和矿物组分之间的关系仍不清楚。申请项目拟以南海北部陆坡东沙东北海域为研究区域，利用"太阳号"、"海洋四号"船和"蛟龙号"深潜器采集的冷泉碳酸盐岩样品，通过生物地球化学和同位素手段，分析冷泉碳酸盐岩中甲烷微生物氧化相关的生物标志物及其组合，测试其单体碳同位素，揭示甲烷厌氧氧化过程中是否存在产甲烷作用和有氧氧化作用，探讨冷泉碳酸盐岩形成过程中的微生物优势种群与矿物组成和冷泉渗漏流体之间的关系，系统研究不同冷泉渗漏环境中冷泉碳酸盐岩形成的生物地球化学过程的差异性。

该项目是对前期青年基金项目的延续。对文石、方解石和白云石为主的冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物及其碳同位素特征进行了对比研究，发现文石冷泉碳酸盐岩形成过程中的微生物种群主要以代表高甲烷通量环境下较活跃的ANME-2为主，而方解石和文石形成过程中的微生物种群几乎都是能够适应中低甲烷通量环境的ANME-1。通过冷泉碳酸盐岩中的生物标志物揭示的微生物种群特征发现冷泉环境中的甲烷和硫酸盐含量、碱度、盐度及厌氧度等是控制微生物种群分布和丰度的主要因素，同时发现具有中等亏损特征的藿类化合物在快速渗漏的冷泉环境中含量极高，可作为识别快速冷泉渗漏流体特征的指标。建立起冷泉系统标志物组合类型、微生物优势种群和矿物组分对甲烷渗漏强度的响应机制。.在项目的支持下，对海马活动冷泉、冲绳海槽冷泉碳酸盐岩进行了初步的研究。同时对采集于墨西哥湾管状蠕虫和双壳发育区的冷泉碳酸盐岩进行了对比性研究，双壳和管状蠕虫为代表的冷泉环境中，不同的共生关系（双壳&甲烷氧化菌和管状蠕虫&硫氧化菌）引起了差异极大的碳同位素分馏效应。这是因为管状蠕虫通过其“足部”持续不断地释放其共生硫氧化菌产生的硫酸盐到沉积物中，而地层中增加的硫酸盐则进一步促进了甲烷厌氧氧化作用（AOM）的发生，使得12C在沉积物中大量富集从而导致硫酸盐还原菌（吸收DIC）来源的生物标志物严重亏损13C。管状蠕虫碳酸盐岩中检测到大量的来源于non-DSS cluster SRB的DAGEs化合物，说明non-DSS cluster SRB很有可能利用了AOM作用过程中的有机中间体，驱动了有机碎屑参与的硫酸盐还原作用。针对墨西哥湾两个站位双壳和管状蠕虫碳酸盐岩的研究表明，不同共生关系中生物标志物化合物的类型、组成及其碳同位素特征都表现出了显著的不同。这些典型的特征使得我们能够通过冷泉宏生物与其共生菌及共生菌与环境的互动关系来识别不同的冷泉环境。冷泉宏生物的共生关系显然控制了冷泉生态系统中的地质微生物互动，而这种共生效应也可以被应用到古冷泉时代。