研究亮點

李孟倫:Zn-Cd同位素證明細菌直接參與金屬成礦【GCA,2019】
發布:科技處 2020-01-02 閱讀:

在過去的幾十年,細菌與礦床之間的關系,尤其是細菌在低溫礦床成礦作用所扮演的角色受到了廣泛關注。前人用硫化物的硫同位素組成來判別細菌是否參與了成礦作用,也就是與金屬離子反應沉淀出硫化物的還原性硫是否來自細菌硫酸鹽還原過程。雖然這個過程所產生的S同位素分餾能很好地指示細菌參與成礦作用,但是無法確定細菌及其活動在熱液系統中對金屬物質的影響。并且,當處于一個封閉體系中,如果硫酸鹽得不到很好的供應,細菌還原硫酸鹽產生的還原性S也會越來越富集重S同位素,從而掩蓋生物參與的信息。

鋅(Zn)和鎘(Cd)不僅是閃鋅礦的直接礦化金屬,也是生物敏感元素,它們的同位素在有生物活動參與的過程中會產生巨大分餾,這使得Zn-Cd同位素具有示蹤細菌活動對金屬成礦貢獻的潛力。我校科學研究院劉盛遨教授指導博士生李孟倫對金頂超大型鉛鋅礦床中原生閃鋅礦進行了Zn-Cd-S同位素研究,取得了以下創新性成果和認識:

1、在鏡下發現了具有細菌成因結構的硫化物,閃鋅礦具有極低的S同位素組成,表明了成礦所需的還原性硫來自于細菌還原硫酸鹽過程。細菌還原硫酸鹽過程的S同位素組成變化滿足瑞利分餾模型,受控于硫酸鹽的還原程度。換言之,閃鋅礦的S同位素組成越重說明其硫酸鹽還原程度愈高,細菌活動性愈強;

2、與目前已報道的其他礦床相比,金頂閃鋅礦具有最輕的ZnCd同位素組成(圖1)。其Zn同位素組成與Zn/Cd比值存在很好的正相關關系,說明該熱液系統早期沉淀的閃鋅礦就已經具有極輕的Zn同位素組成。金頂礦區存在大量有機質,細菌還原硫酸鹽的同時,會將復雜有機質降解成可溶的有機羧酸,這些可溶的有機羧酸具有極強絡合金屬的能力,并且它們會優先絡合重的66Zn114CdZn同位素組成與S同位素組成存在負相關關系,這說明了早期沉淀的閃鋅礦極輕的Zn同位素組成是由于含Zn成礦流體中大量的自由Zn被強的細菌活動性所產生的可溶有機羧酸絡合(圖2)。

3、模擬計算表明要產生如此輕的Zn同位素組成,需要成礦流體中90%Zn與細菌新陳代謝產生的可溶有機羧酸絡合(圖3)。這指示細菌活動所產生的可溶有機羧酸與Zn的絡合是金頂鉛鋅礦中運移金屬Zn的重要機制。

該項研究成果首次提出了Zn-Cd同位素在示蹤微生物成礦方面具有巨大潛力,并且對于其他有微生物參與的系統也有一定的啟示作用。

1 (a) 金頂閃鋅礦Zn同位素組成 (b) Cd同位素組成與已報道的數據比較

2 金頂閃鋅礦ZnS同位素組成

3 瑞利分餾模擬成礦流體中被有機羧酸絡合不同比例的Zn及閃鋅礦Zn同位素組成

上述成果發表在地球化學國際權威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上:Li, M.-L., Liu, S.-A.*, Xue, C.-J., Li, D., 2019. Zinc, cadmium and sulfur isotope fractionation in a supergiant MVT deposit with bacteria. Geochimica et Cosmochimica Acta, 265: 1-18. [IF = 4.258]

原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.08.018

附件20200102143646979683.pdf (2.5403814MB)