杭州灣沉積物中硫酸鹽-甲烷轉換帶內的碳循環

作者：賀行良,譚麗菊,段曉勇,印萍,謝永清,楊磊,董超,王江濤

摘要：杭州灣海底沉積物中蘊藏著大量的淺層生物氣,作為溫室氣體CH4的重要載體,研究其甲烷厭氧氧化(AOM)及相關碳循環過程,對正確評估淺層生物氣的生態環境效應具有重要的科學意義。通過對YS6孔柱狀沉積物孔隙水、頂空氣等地球化學參數的測試分析,基于質量平衡和碳同位素質量平衡原理,利用"箱式模型"定量研究了硫酸鹽-甲烷轉換帶(SMTZ)內的碳循環過程。結果表明:SMTZ位于海底約6~8 mbsf沉積層,其內部碳循環過程除了包含有機質的硫酸鹽還原(OSR)、AOM和碳酸鹽沉淀(CP)反應外,還隱藏存在"AOM生成的溶解無機碳(DIC)"產甲烷反應(CR),反應速率分別為9.14、7.42、4.36、2.72 mmol·m^-2·a^-1,而有機質降解產甲烷反應(ME)未發生。各反應對SMTZ內孔隙水DIC的補充貢獻率為OSR>AOM>ME,而對DIC的消耗貢獻率CP>CR。深部含甲烷沉積層向上擴散而來的CH4并不是驅動SMTZ內部SO42-還原的唯一電子供體,CR和OSR反應亦是導致進入SMTZ內硫酸鹽擴散通量大于甲烷的重要因素,且SMTZ下邊緣沉積層出現明顯的13CH4虧損亦與CR反應有關。本研究認為,定量評估海底沉積物中AOM作用的相對強弱時,SMTZ內可能存在的"隱藏的"產甲烷作用(如CR、ME等)不能忽視。

發文機構：中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室 青島海洋科學與技術國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室 中國地質調查局青島海洋地質研究所 浙江省水文地質工程地質大隊

關鍵詞：甲烷厭氧氧化硫酸鹽-甲烷轉換帶內碳循環“隱藏的”產甲烷作用箱式模型杭州灣AOMSMTZ-internal carbon cyclingcryptic methanogenesisbox modelHangzhou Bay

分類號： P76[天文地球—海洋科學]