马里亚纳海沟沉积物组成异质性研究:对物源示踪和深渊沉积环境的指示

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深渊海沟(水深大于6000-6500米)通常位于汇聚板块边界,活跃的地质活动使得深渊海沟里的沉积不稳定。同时,海沟漏斗状的地形和高频的海流活动,有利于促进颗粒物质最终向海沟轴部汇聚,形成了深渊海沟有机质降解的“热点区”和独特而丰富的微生物种群。也正是由于海沟不稳定的沉积特征,导致海沟内不同水深的沉积物组成和来源的异质性明显,而沉积物作为底栖生物生命活动的依托,其组成的异质性将影响底栖生物分布和活动的不均一性。因此,对比分析深渊海沟内不同水深沉积物组成差异及指示的环境信息,对于认识海沟极端环境下底栖生物分布规律和沉积环境演化有重要意义。为了认识海沟内部不同水深不同位置沉积物组成、来源和沉积环境的差异,选取了采集于马里亚纳海沟水深介于5800-10954 m的5个站位沉积物为研究对象,5个站位(MBR02-MBR06)涵盖海沟轴部(MBR02)、海盆(MBR03、MBR04)、向海斜坡(MBR05、MBR06)等不同沉积单元。通过对沉积物样品进行主量、微量和稀土元素、粘土矿物、粒度、Sr-Nd同位素、有机碳含量和AMS-14C定年测试,分析并对比了马里亚纳海沟不同水深沉积物质组成和来源和空间上的差异,探讨了马里亚纳海沟末次冰期以来沉积氧化还原条件的变化。地球化学元素和矿物学的结果显示,马里亚纳海沟不同水深沉积物组成差别较大,整根MBR05柱样和MBR06柱样8-20 cm范围均发现大量有Ethmodiscus rex(E.rex)组成的硅藻席沉积(Laminated Diatom Mats,LDMs)。沉积物碎屑组分基本上是陆源风尘端元(东亚和中亚风尘)和火山物质端元的混合,其中以东亚风尘贡献最甚。含有硅藻席沉积物的陆源风尘贡献比例更大,表明E.rex大型成席硅藻的勃发可能与亚洲风尘输入有关。同时,稀土配分模式和Ce异常显示硅藻席形成于次氧化沉积环境,而不含硅藻席沉积物的形成于氧化的沉积环境。结合总有机碳AMS-14C定年结果,LDM沉积年代(15-20kyr B.P.)与末次冰盛期(19-26.5 kyr.B.P.)有较好对应,发现沉积环境的变化主要是由于末次盛冰期亚洲盛行风增强引起东亚风尘向西太平洋的输入增加,带来了大量微量营养元素,刺激了E.rex大型成席硅藻的勃发和初级生产力的增加,沉降到海底后有机质矿物增强,耗氧增加,使得沉积物环境由氧化变为次氧化。本研究对于认识深渊不同水深沉积物组成的异质性及其对底栖微生物的分布、生态和活动强度的影响有指示意义。
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