南海北陆坡区冷泉极端环境甲烷氧化微生物作用的生物标志物研究

海底冷泉渗漏甲烷氧化转变为自生碳酸盐岩的固碳作用，一般认为是一个在缺氧还原条件下的甲烷微生物氧化的生物地球化学过程，强烈亏损13C的生物标志物可以示踪该过程中微生物作用的详细档案。然而最近的研究发现冷泉碳酸盐岩稀土元素显示了有氧环境的特征，并且也发现了甲烷有氧氧化的生物标志物，表明在冷泉环境甲烷厌氧氧化为主的过程中可能存在有氧氧化。同时，南海冷泉环境的微生物地球化学研究基本处于空白，已有的稀土元素显示了多变的氧化还原特征。因此，申请项目将重点研究南海北部冷泉碳酸盐岩中保存的甲烷微生物氧化产生的特殊生物标志物（如：甲烷厌氧氧化生标PMI和ai-C15:0/a-C15:0，甲烷有氧氧化生标4-甲基甾烷等），示踪甲烷氧化过程中的微生物菌群特征和冷泉碳酸盐岩形成过程中氧化还原条件的阶段性变化，深入认识南海北部冷泉渗漏甲烷在海底氧化转变为固相碳酸盐岩的微生物地球化学过程。

近年来，在南海北部九龙甲烷礁，福尔摩沙脊（F站位）和神狐海域的多个站位陆续发现了大量的冷泉碳酸盐岩，并在神狐和东沙海域钻探到水合物样品。科学家对这些碳酸盐岩的流体来源，形成时间及潜在的渗漏动力有越来越清晰的理解，但对各类型自生碳酸盐岩形成过程中的生物地球化学过程却知之甚少。因此，我们对各形貌特征及矿物组分的冷泉碳酸盐岩进行了分子生物标志物及其碳同位素研究，以期了解各类型碳酸盐岩形成过程中的冷泉渗漏环境和渗漏流体特征及其与水合物的联系。所研究的自生碳酸盐岩中，有以文石，高镁方解石，低镁方解石和白云石为主要矿物的碳酸盐岩。这些自生碳酸盐岩中存在大量不同特征亏损13C 的来源于ANME和SRB的生物标志物，表明水合物分解释放的生物成因甲烷是冷泉碳酸盐岩形成过程中的重要碳源，并且不同碳酸盐岩形成过程中的沉积环境，微生物优势种群和流体渗漏特征不同。