海底冷泉（Cold Seeps）是一种来自海底沉积界面以下，以水、甲烷或其他碳氢化合物为主要组分的低温流体，是海洋物质和元素循环的重要途径。冷泉逸出的甲烷90%以上由硫酸盐还原和甲烷缺氧氧化（Anaerobic Oxidation of Methane, AOM）作用消耗。一般认为，SO42-是AOM的主要电子受体。但有研究提出，锰（Mn）有可能参与了AOM，并为化能微生物提供高于SO42-的能量，但该过程尚未在冷泉系统中实际观察到。另一方面，锰的自生矿物广泛分布于海洋各种沉积环境中，在海底累积形成多金属结核和富钴结壳等资源，部分以铁锰微结核的形式存在，近年来广受关注。已有研究发现，冷泉系统中存在富锰沉积层和菱锰矿等自生锰矿物，但缺乏关于现代活动冷泉中自生锰微结核的研究。
本研究团队从南中国海（SCS）的活跃“海马”冷泉区采集到了富锰沉积物，从中提取到锰微结核并开展了矿物学和地球化学分析。研究结果表明，冷泉区的自生微结核粒径较小（大部分颗粒直径小于100μm），主要呈不规则状或近球形，表面粗糙多孔（图1）。物相主要为弱结晶的7？-和10？-层状锰酸盐矿物（图2）。
图1 “海马”冷泉区锰微结核样品形貌以及微生物矿化与化学沉淀产物结构特征
图2 “海马”冷泉区锰微结核样品中7？和10？层状锰酸盐矿物结构特征
相较于其它普通沉积环境中发现的铁锰微结核，“海马”冷泉区的锰微结核样品中富含Mn而相对亏损Fe、Co、Ni、Cu和稀土。该锰微结核中具有微生物矿化结构和化学沉淀特征（图1），剖面结构较均一，无明显层状结构。依据Co年代学计算方法，基于其Co、Fe、Mn含量计算发现，该微结核的生长速率异常高（平均达～8267mm/Myr），说明锰微结核的物质来源可能是深部富金属冷泉流体，而锰微结核很可能形成自生物矿化和化学沉淀共同作用下的快速沉淀过程。基于以上分析，本研究团队提出了锰在活跃冷泉环境下的运移模式：在缺氧/还原环境的AOM过程中，沉积物中的Mn(IV) 可以被还原活化为Mn(II)，并释放到孔隙水中；Mn(II)将向上扩散，在氧化环境中重新氧化并沉淀形成锰微结核（示意图见图3）。
图3 活跃冷泉区锰迁移过程示意图
该南海“海马”冷泉区自生微结核的发现，指示了现代活跃冷泉区中锰细菌的活动，支持了其中依赖Mn的AOM作用发生的可能性，从而加深了对冷泉系统中锰的地球化学的认识。
该研究成果已在线发表于国际期刊Journal of Geophysical Research：Oceans。论文第一作者为中科院广州地球化学研究所博士生张欢，通讯作者为袁鹏教授（中国科学院广州地球化学研究所/广东工业大学）和自然资源部第二海洋研究所董彦辉副研究员。该研究受到国家高层次人才计划项目、国家自然科学基金项目等的资助。
论文信息：Huan Zhang(张欢), Junming Zhou(周军明), Peng Yuan(袁鹏)*, Yanhui Dong(董彦辉)*, Wenxiao Fan(樊文枭), Xing Yu(余星), Jianggu Lu(鲁江姑), 2023. Implication from mineralogical and geochemical characteristics of authigenic micronodules in the Haima cold seeps for understanding the manganese geochemistry in active seepage, Journal of Geophysical Research: Oceans, https://doi.org/10.1029/2022JC019194
（中国科学院矿物学与成矿学重点实验室供稿）
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