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我院袁伟副研究员研究成果在Geology发表,揭示深海铁锰结壳中趋磁细菌成因磁铁矿记录生物化学剩磁

时间:2020-01-14浏览:13

202013日,国际著名地学杂志《Geology》以Magnetite magnetofossils record biogeochemical remanent magnetization in hydrogenetic ferromanganese crusts为题在线发表了我院袁伟副研究员周怀阳教授的研究成果。

大洋铁锰结壳富含CoREE等多种金属元素,是现代海洋中最具潜在经济价值的矿产类型之一,同时大洋铁锰结壳是示踪百万-千万年级古海洋环境变化的天然样本。生长速率极其缓慢(3-5 毫米/百万年)的铁锰结壳能够记录地球磁极倒转,据此可以建立高精度的磁极时间序列,获得可靠的磁性地层年代学结果,是确定铁锰结壳形成时间的重要方法之一。但是,关于深海铁锰结壳中所含磁性矿物的种类、来源、磁学性质、以及记录磁性的机制,至今并不清楚。


1 A: 西北太平洋地区铁锰结壳记录地球磁场的年代序列;B:不同部位铁锰结壳薄片样品对应的磁性特征

FORC图和顺次共振波谱(FMR)图)。


该研究以南海和太平洋深海铁锰结壳样品建立的可靠磁性地层年代学框架为基础,对已经完成磁性地层学工作的古地磁薄片样品开展了详细的岩石磁学(FORCIRMLoop等)、顺磁共振波普(FMR)以及透射电镜(TEM)研究(图1),揭示铁锰结壳中记录磁性的主要是30-60nm、晶型完美、高化学纯度、呈链状排列的磁铁矿,这些纳米磁铁矿是趋磁细菌活动过程遗留下的磁小体化石。该研究成果推测,深海铁锰结壳“生长”过程中的表面电化学反应、胶体化学反应以及少量的微生物降解过程,在结壳生长过程中其表面形成了一个适合趋磁细菌生存的弱氧环境的微结构层。生活于铁锰结壳微表层的趋磁细菌死后,其体内合成的呈链状排列磁小体磁铁矿原位保存下来,并记录了铁锰结壳“生长”时的地球磁场信息(图2)。这是一种通过磁小体化石为载磁矿物,以独特的生物化学剩余磁性(biogeochemical remanent magnetization, BRM)方式,记录了地质历史时期地球磁场的方向.

铁元素作为浮游生物生长的重要金属元素,制约了大洋中高营养元素低生产力水平海域的浮游植物的生长。铁元素在大洋中的循环过程可以影响全球气候变化中的碳循环和氮循环。深海铁锰结壳中趋磁细菌成因磁铁矿磁小体的发现,对我们深入了解深海中铁元素的生物化学循环具有十分重要的意义。


2 深海趋磁细菌可能来源模式图。MTB:趋磁细菌;OMZ:最小含氧带;“Marine Snow”中富含有机质和各种金属元素,并且从由外及内含氧量呈梯度变化,它很可能为趋磁细菌提供微氧生存环境和作为趋磁细菌在富氧海水中传输的载体。


文章的第一作者为我院袁伟副研究员,通讯作者为我院周怀阳教授。该项研究得到国家自然科学基金委“南海深部计划”课题(4160222891428207),科技部重点研发计划(2016YFC0601005和国家重点基础研究计划(2012CB417300等项目的资助。


全文链接:https://doi.org/10.1130/G46881.1 


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