冲绳海槽中部高硫化氢背景下底栖有孔虫群落与壳体同位素特征

Benthic foraminifera assemblages exhibit low abundance and diversity in high hydrogen sulfide environment which could be formed by hydrothermal vents and gas hydrates related methane seeps. However, particular taxa of foraminifera, including Uvigerina, Bolivina, Bulimina, Buliminella, Epistominella, and Globobulimina may be adapted to the high hydrogen-sulfide, low oxygen environment and exhibit enhanced abundance. Symbiontic chemolithotrophic bacteria and vestimentiferan tubeworms provide the benthic foraminifera with food sources and microhabitat respectively. High hydrogen sulfide areas occur commonly in the Okinawa Trough, where hydrothermal activity and gas hydrate related cold vents widespread exhibit.This study aims to reveal the benthic foraminifera assemblages characteristics and the evolution of the extreme environments of high hydrogen sulfide, through paleoceanography and isotopic studies of benthic foraminifera combined with sulfur isotopic composition of authigenic pyrite. We also attempt to illustrate the potential contribution of bacterial symbionts to benthic foraminifera assemblage.

高硫化氢极端环境条件下底栖有孔虫呈现了较低的丰度和分异度特征，但是部分底栖有孔虫种属（Uvigerina，Bolivina，Bulimina，Buliminella，Epistominella和Globobulimina）在多个区域的高硫化氢浓度背景下存活，且呈现相对较高的丰度特征，菌类共生提供的食物来源和大型底栖生物形成的庇护场所为此类底栖有孔虫的存活提供了重要保障。冲绳海槽既广泛发育热液系统同时也是天然气水合物潜在赋存区，是高硫化氢极端环境的理想研究区，本研究拟开展冲绳海槽中部高硫化氢站位有孔虫古海洋学、同位素地球化学和微生物学研究，旨在揭示研究区高硫化氢背景下底栖有孔虫群落特征，并利用高分辨率有孔虫壳体同位素特征、黄铁矿硫同位素特征揭示高硫化氢通量产生机制，通过对比有孔虫群落和微生物群落特征，探索微生物对有孔虫高丰度的潜在贡献作用。

甲烷渗漏形成的高硫化氢地质背景对底栖有孔虫的丰度、分异度和壳体碳同位素有重要影响。本研究开展了冲绳海槽西部陆坡79站位和75站位共5个岩心高H2S背景和正常海洋地质背景下浅表层底栖有孔虫丰度、复合分异度的对比研究，开展了不同H2S浓度条件下底栖有孔虫的丰度与分异度对比研究；对比分析了高H2S背景和正常海洋地质背景下底栖有孔虫种属分布特征；探讨了高H2S背景下微生物群落分布特征及其对底栖有孔虫分布的潜在影响；基于孔隙水地球化学特征和沉积物黄铁矿硫同位素特征开展了高H2S地质背景形成机制；利用底栖有孔虫壳体碳同位素特征和黄铁矿硫同位素特征重建了末次冰期来研究区幕次甲烷渗漏发育史。.研究结果表明高通量甲烷渗漏形成的强烈甲烷厌氧氧化（AOM）形成了研究站位高H2S的地质背景；末次冰期（18.86ka）以来研究区发育多幕次甲烷渗漏活动，底栖有孔虫壳体异常负偏的碳同位素特征和明显正偏的黄铁矿硫同位素特征均揭示了16.5-17ka间79A孔甲烷渗漏活动的强烈发育。高H2S浓度形成的“有毒”极端环境极度影响底栖有孔虫的存活，导致其丰度和分异度特征远低于正常海洋地质背景。不同浓度的H2S背景下底栖有孔虫群落丰度也不尽相同，H2S浓度越高，底栖有孔虫丰度越低，反之，底栖有孔虫丰度增加。统计分析并未发现高H2S背景下存在特有底栖有孔虫种属，虽然部分种属（Uvigerina、Sphaeroidina、Pullenia）在高H2S背景下丰度相对较高，但在正常地质背景下，其丰度也较高。高H2S站位沉积物中识别较高丰度的甲烷氧化古菌和硫酸盐还原菌，对比低丰度底栖有孔虫群落特征，发现可能为底栖有孔虫存活提供重要食物来源的高丰度菌类并未吸引底栖有孔虫在该极端环境下生存。.本研究首次利用孔隙水地球化学特征揭示了冲绳海槽多站位高H2S地质背景的形成机制，并利用底栖有孔虫壳体碳同位素特征和黄铁矿硫同位素特征揭示了研究区多幕次甲烷渗漏活动史，该工作的开展可为研究区甲烷渗漏研究、海底冷泉研究等相关研究提供重要的基础数据支撑。