杭州湾沉积物中硫酸盐-甲烷转换带内的碳循环

作者：贺行良,谭丽菊,段晓勇,印萍,谢永清,杨磊,董超,王江涛

摘要：杭州湾海底沉积物中蕴藏着大量的浅层生物气,作为温室气体CH4的重要载体,研究其甲烷厌氧氧化(AOM)及相关碳循环过程,对正确评估浅层生物气的生态环境效应具有重要的科学意义。通过对YS6孔柱状沉积物孔隙水、顶空气等地球化学参数的测试分析,基于质量平衡和碳同位素质量平衡原理,利用"箱式模型"定量研究了硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)内的碳循环过程。结果表明:SMTZ位于海底约6~8 mbsf沉积层,其内部碳循环过程除了包含有机质的硫酸盐还原(OSR)、AOM和碳酸盐沉淀(CP)反应外,还隐藏存在"AOM生成的溶解无机碳(DIC)"产甲烷反应(CR),反应速率分别为9.14、7.42、4.36、2.72 mmol·m^-2·a^-1,而有机质降解产甲烷反应(ME)未发生。各反应对SMTZ内孔隙水DIC的补充贡献率为OSR>AOM>ME,而对DIC的消耗贡献率CP>CR。深部含甲烷沉积层向上扩散而来的CH4并不是驱动SMTZ内部SO42-还原的唯一电子供体,CR和OSR反应亦是导致进入SMTZ内硫酸盐扩散通量大于甲烷的重要因素,且SMTZ下边缘沉积层出现明显的13CH4亏损亦与CR反应有关。本研究认为,定量评估海底沉积物中AOM作用的相对强弱时,SMTZ内可能存在的"隐藏的"产甲烷作用(如CR、ME等)不能忽视。

发文机构：中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室 中国地质调查局青岛海洋地质研究所 浙江省水文地质工程地质大队

关键词：甲烷厌氧氧化硫酸盐-甲烷转换带内碳循环“隐藏的”产甲烷作用箱式模型杭州湾AOMSMTZ-internal carbon cyclingcryptic methanogenesisbox modelHangzhou Bay

分类号： P76[天文地球—海洋科学]