2020年11月，国际著名地学杂志《Geochimica et Cosmochimica Acta》以“The characteristics of Fe speciation and Fe-binding ligands in the Mariana back-arc hydrothermal plumes”为题发表了我院王虎副研究员和合作者的研究成果。
海底热液喷口是海洋与地壳之间物质和能量交换的重要窗口，近几年研究发现热液羽流中存在高浓度溶解态铁，且可以随洋流扩散至距离喷口几千公里以外，热液系统可能是海洋中溶解态铁的重要来源之一，将对海洋中铁元素的循环以及海洋生态系统产生重要影响。有关热液来源的铁在海洋中的迁移变化已成为当今海洋学研究的前沿和热点。目前国际上有关羽流中铁元素的相关报道十分有限，对不同类型羽流中铁元素的存在形态及其行为差异尚不清楚。
该研究联合美国华盛顿大学和美国国家海洋与大气管理局，在马里亚纳弧后盆地热液区高温热液场、低温热液场和低温弥散流区域上方羽流中，分析了铁元素的存在形态（溶解态、颗粒态）以及有机结合态铁的特征。结果表明在低温喷口上方羽流中，溶解态铁占总铁的比例显著高于高温热液喷口上方羽流，而且在低温喷口上方羽流中，溶解态铁与相对保守性元素锰之间具有良好的线性关系，表明低温喷口喷发进入海洋中的铁元素并没有如预想的快速氧化并沉淀下来，而是可以长期稳定存在于溶解相中。进一步分析表明，铁元素稳定存在于溶解相中的重要原因是由于铁元素与有机质络合形成稳定的有机铁络合物所致。研究首次揭示了海底低温与高温热液场上方羽流中铁元素的形态差异，对今后准确评估海底热液系统对全球海洋输入的铁元素通量具有重要的意义。
图1 a-采样位置；b-低温喷口上方羽流浊度和氧化还原电位分布；c-高温喷口上方羽流和低温弥散流区域浊度和氧化还原电位分布。
图2 a-低温喷口上方羽流中不同形态铁与锰元素之间的相关性分析；b-羽流中有机铁络合物特征（logK’FeL-络合常数，L-有机配体）。
本文第一作者为我院王虎副研究员，共同通讯作者为王虎和周怀阳教授。该项研究得到国家自然科学基金（41376048、40976025）、国家973计划（2012CB417300）等项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.09.016
撰稿：王 虎
编辑：高小丰