东海陆架泥质沉积物黄铁矿硫、有机硫及其硫同位素地球化学

摘要

黄铁矿硫(Spy)和有机硫(Sorg)是海洋沉积物中还原态硫最主要的两种保存形式。黄铁矿硫和有机硫含量及其硫同位素组成的定量研究是探讨黄铁矿形成的限制因素、有机硫来源及形成路径、黄铁矿与成岩有机硫形成的相对关系等问题的重要手段。东海陆架海为世界大型边缘海之一，研究其沉积物黄铁矿硫和有机硫对了解全球碳、硫、铁生物地球化学循环具有重要意义，同时东海沉积物黄铁矿硫和有机硫同位素分析为现有有机硫来源组成及黄铁矿硫与有机硫形成相对关系的研究提供了重要依据。本论文以东海内陆架泥质沉积物为研究对象，采集三个站点沉积物柱状样，以Cr(Ⅱ)还原法提取和冷扩散吸收分离黄铁矿硫，亚甲基蓝法测定黄铁矿硫含量，有机硫含量利用艾氏卡(Eschka)法进行测定，同时测定二者的硫同位素组成，并测定沉积物其他基本参数：总有机碳(TOC)、高活性铁(FeHR)、总活性铁(FeR)；其中一个站点沉积物利用弱碱分离提取腐殖质硫，测定腐殖酸硫(HS)及富里酸硫(FS)含量。综合所得实验数据，通过图表、数据变化趋势分别对黄铁矿硫与有机硫含量垂直分布、黄铁矿形成限制因素、有机硫来源及形成路径、有机硫各组成部分(生物有机硫和成岩有机硫)的相对大小、黄铁矿硫与成岩有机硫形成的相对关系等问题进行系统分析，得到以下几点研究结论：
　　 1.C0702、C0802和C0803三站点位于东海内陆架泥质区，其沉积物富含活性铁氧化物(80～120μmol/g)并且SO42-不亏损(～60 cm内)，在三站点沉积物中有机质含量和活性是黄铁矿形成的主要限制因素。
　　 2.C0802、C0803两站点整个深度内沉积物(C0802:49.0～53.6‰；C0803：50.6～53.7‰)和C0702站点深层沉积物(47.3～51.6‰)黄铁矿硫同位素组成与现代海水SO42-同位素组成之差(△34Ssulfate-pyrite)均大于46‰，可能是由中间态硫歧化反应得结果，也可能是较低的硫酸盐还原速率条件下单步SO42-还原的结果。C0702站点上层沉积物(41.0～45.8‰)虽△34Ssulfate-pyrite<46‰，仍不能排除歧化反应对硫同位素组成的贡献。东海沉积物中三站点沉积物中上述两种机制并不相互排斥，可共存。
　　 3.C0702、C0802和C0803三站点黄铁矿化度(DOP)值较低(DOPHCl：0.24～3.45％；DOPox：0.61～16.8％)，表明在三站点沉积物中活性铁含量不是黄铁矿形成的限制因素。
　　 4.C0702站点沉积速率及有机硫含量均高于C0802和C0803站点，说明在三站点沉积物中高沉积速率有利于有机硫的保存。
　　 5.C0702、C0802和C0803三站点沉积物有机硫同位素组成(δ34Sorg，5.39～7.88‰)介于δ34Spy和现代海水δ34Ssulfate之间，说明三站点沉积物中有机硫存在生物有机硫和成岩有机硫两种来源。
　　 6.根据同位素质量平衡估算出C0702、C0802和C0803三站点成岩有机硫比例(26～31％)较小，得出推论三站点沉积物中生物有机硫是有机硫的主要组成部分。
　　 7.C0702、C0802和C0803三站点从表层开始整个深度内都有黄铁矿硫和成岩有机硫的产生，而三站点所在区域活性铁含量充足，这就说明在三站点沉积物中活性铁含量充足的条件下黄铁矿硫与成岩有机硫可同时形成。