海底热液喷口富Fe-Si低温热液沉淀物的微生物矿化作用及其形成机制研究

In the seafloor hydrothermal vent environment, along with sulfide chimneys formed by the eruption of high-temperature focus flow, there also exist more widely distributed Fe-Si-rich hydrothermal precipitates formed by eruption of low-temperature diffuse flow. These low-temperature hydrothermal precipitate environments are one of the most productive ecosystems on Earth. Due of their special environmental configuration, they have become excellent carriers and natural laboratories to carry out mineralogical, geochemical and microbiological studies and explore the interactions between them. In this study we will employ a variety of techniques and methods to study the low-temperature Fe-Si-rich hydrothermal precipitates which are widely spread around the seafloor hydrothermal vents. Further, we will illustrate and compare the features of different types of low-temperature Fe-Si-rich hydrothermal precipitates from aspects of mineralogy, geochemistry and ultrastructures. Additionally, we aim to track and analyze the microbial groups involved in microbial mineralization and determine the different types of such mineralization associated with various low-temperature Fe-Si-rich precipitates. Finally, combined with laboratory simulation, we will build different microbial mineralization models of low-temperature Fe-Si-rich hydrothermal precipitates. Based on the results above，we can eventually establish the formation mechanisms of different types of low-temperature Fe-Si-rich hydrothermal precipitates relying on the elaboration of hydrothermal precipitate geochemical system deciphered by geochemical parameters and microbial groups with special ecological functions.

海底热液喷口环境中，除由高温集中流喷发形成的硫化物烟囱体之外，还存在着分布范围更为广泛、由低温弥散流喷发形成的富Fe-Si热液沉淀物。这些低温热液沉淀物环境是地球上最具生产力的生态系统之一，因其所具有的特殊环境配置，成为开展矿物学、地球化学、微生物学及其相互作用研究的绝佳载体和天然实验室。本课题以广泛分布于海底热液喷口周围的富Fe-Si低温热液沉淀物为研究对象，运用多种技术和研究方法，揭示和比较不同类型富Fe-Si低温热液沉淀物的矿物、地球化学和显微结构等方面的特征，追踪和分析参与微生物矿化的微生物菌群，确定不同类型富Fe-Si低温热液沉淀物的微生物矿化类型。同时，结合实验室的模拟，建立不同类型富Fe-Si低温热液沉淀物的微生物矿化模型。在上述结果的基础上，依赖于地化参数和具有特殊生态功能的微生物类群对热液沉淀物中地球化学体系的阐述，最终建立不同类型富Fe-Si低温热液沉淀物的形成机制。

富Fe-Si的低温热液沉淀物在海底热液系统中广泛分布，它们栖息着丰富的微生物类群，是地球上最具生产力的生态系统之一。然而，对这些富Fe-Si低温热液沉淀物的形成机制以及微生物在其形成过程中所起的作用的研究还十分有限。本课题对海底热液系统中不同环境、不同类型的富Fe-Si热液产物，包括非活动烟囱体表面氧化性风化形成的Fe-Si氧化物、不同Fe/Si含量的低温热液沉淀物以及热液羽流中的Fe/Si氧化物进行了系统的研究，分析了它们的矿物、地球化学和显微结构等方面的特征，调查了栖息于此的微生物类型。我们的研究表明，尽管不同类型的富Fe、Si热液产物的矿物、地球化学和微生物类群不同，但却普遍存在着广泛的微生物矿化作用，暗示了微生物对Fe/Si热液产物的形成起着至关重要的作用。不同类型的Fe/Si热液产物的微生物矿化类型不同，包括FeOB主导的铁的氧化，以及真菌促成的硅化作用，它们与非生物的化学作用一起，共同主导了不同类型Fe/Si氧化物的形成。在这些认识的基础上，我们还通过实验室的模拟，还原了不同Fe/Si体系、不同压力下的微生物的矿化表现，完善了我们对于不同Fe、Si热液产物形成机制的认识。我们的结果对于认识现代低温热液产物的形成、丰富海底低温热液系统的生物多样性、全面了解现代海底热液系统中微生物参与的关键生物地球化学过程以及低温热液环境中矿物和微生物的相互作用机制等方面具有一定的贡献。