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冷泉渗漏区海底微生物作用及生物标志化合物 总被引：8，自引：0，他引：8
在有冷泉活动和水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用。海底天然气渗漏活动区的甲烷氧化古细菌使渗漏CH4缺氧氧化为HCO3-,硫酸盐还原细菌使SO42-转化为HS-,从而使细菌微生物获得生命所需的能量,生物种群得以发育和繁衍。甲烷氧化古细菌有ANME-1、ANME-2、ANME-3三个种群,形成相应的醚类异戊二烯类和类异戊二烯烃类生物标志物。硫酸盐还原细菌有Desulfosarcina和Desulfococcus两个主要的细菌群落,形成二烃基甘油二醚和脂肪酸生物标志化合物。这种天然气渗漏区内微生物活动产生的生物标志化合物都具有特别负的碳同位素组成,δ13C值为-41.1‰~-95.6‰,说明微生物群落在生命代谢过程中摄取了来自甲烷的碳,同时也反映了天然气渗漏系统缺氧带存在的古细菌和硫酸盐还原细菌活动。 相似文献
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在富含甲烷水合物的海相冷泉沉积物中, 古菌厌氧甲烷氧化作用(anaerobic oxidation of methane, AOM)越来越受到人们的重视。目前普遍认为, AOM是由嗜甲烷古菌和硫酸盐还原菌共同调节的生物地球化学过程。16S rRNA基因分析表明, 包括AEME-1、AEME-2和AEME-3在内的多种甲烷古菌参与了AOM的过程, 它们广泛分布于全球大洋海底缺氧带。AOM过程与全球环境变化密切相关, 从深海底部冷泉区向上渗漏的甲烷气体, 绝大部分在穿透缺氧带沉积层过程中被甲烷氧化古菌所消耗, 有效减少了具有强烈温室效应的甲烷气体向大气的释放。对AOM生物地球化学过程的研究, 在认识冷泉系统碳酸盐的形成机理、控制强温室气体甲烷从海底的渗漏和开发可燃冰新能源等方面具有重要意义。 相似文献
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天然气水合物的上界面——硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面 总被引：3，自引：0，他引：3
栾锡武 《海洋地质与第四纪地质》2009,(2)
定义了海域天然气水合物成矿带的上界面。指出在地球深部存在最原始的、从根本上不依靠光合作用来生存的生命系统。根据对ODP岩心样品中微生物数量的统计,海底以下沉积层中的生物数量可能占据全球原核生物总量的70%,其生物总碳量和地球表面所有植物的碳总量相当。地球内部如此巨大的生物总量应该在地壳中的气体分布等方面起着重要作用。甲烷在地壳层中广泛存在,并主要是微生物成因的。微生物产甲烷的途径主要有两个,一是二氧化碳还原,另一个是醋酸盐发酵。相应地,参与产甲烷的微生物菌群主要是产甲烷菌和食醋酸菌。甲烷在沉积层中的厌氧氧化是一个不争的事实。该过程发生在海底以下一个非常局限的区带,称为硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带。通常,这个区带很窄,仅为一个面,因此,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带又称硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面。这是一个基本的生物地球化学界面,在功能上它起到屏蔽甲烷向海底和大气逸散的作用,是一个巨大的甲烷汇。甲烷的厌氧氧化同样是一个由微生物介导的过程,参与此过程的微生物主要是食甲烷古菌和硫酸盐还原菌。硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面在海洋沉积层中一般深可达海底以下上百米,浅可至海底。此界面为天然气水合物的上界面,该界面以上没有甲烷... 相似文献
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类脂物生物标志化合物(简称类脂物生标)记录了原始生物母质的分子组成信息,是研究极微生物群落、探索生命起源与演化的重要载体。综述了海底热液喷口区类脂物生标的主要研究进展,重点探讨烷烃、脂肪酸、醚类生标的应用及科学意义。类脂物生标研究表明,海底热液喷口区具有独特而又丰富的生物群落,喷口区动物群落与其他深海环境相似物种在饮食结构上有明显差别,它们主要捕食化能自养细菌或古细菌,且不同物种所捕食的微生物种类也具有选择性。为应对喷口区的极端物化环境,热液细菌和古菌形成了独特细胞分子组构。类脂物生标及单体同位素组成显示,喷口区存在嗜热型氨氧化和甲烷缺氧氧化古菌活动,在热液流体富H2的情况下硫酸盐还原菌与产甲烷古菌能够共存,碳限制条件下能产生富13 C(-11.8‰~+3.6‰PDB)的类脂物生标。类脂物生标对于揭示热液微生物种群与营养关系、指示热液环境条件、反映热液区甲烷代谢作用以及探索生命起源与进化过程具有重要的研究意义,今后还需加强其应用范围及相关指示性机理等方面的研究。 相似文献
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南海东沙东北部甲烷缺氧氧化作用的生物标志化合物及其碳同位素组成 总被引：5，自引：0，他引：5
南海东沙东北部碳酸盐岩和泥质沉积物中的生物标志化合物组合及其碳同位素组成分析表明,研究区内甲烷缺氧氧化作用(anaerobic oxidation of methane-AOM)发育.研究区内碳酸盐岩中含丰富的AOM标志化合物,2,6,11,15-四甲基十六烷(Crocetane-Cr.)、2,6,10,15,19-五甲基番茄烷(Pentamethylicosane-PMI)和2,6,10,15,19,23-六甲基二十四烷(Squalane-Sq角鲨烷)的13C亏损强烈(δ13C值介于-74.2‰~-119.0‰PDB之间),表明碳酸盐岩形成于AOM,同时反映该研究区曾发生过强烈、持续的富CH4流体释放活动.柱状泥质沉积物中,AOM生物标志化合物在硫酸岩-甲烷过渡带(SMI-Sulfate-Methane Interface)边界附近相对丰度高,SMI之上样品中含量低,或未检出,表明现代环境在SMI附近有大量嗜甲烷微生物生长,使得深部上升的甲烷被大量消耗,很少有甲烷逸出海底.AOM生物标志化合物可用来指示SMI边界.不同站位、不同岩性AOM生物标志化合物组成(包括碳同位素组成)的差异反映了嗜甲烷古细菌组成的不同. 相似文献
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利用化学和稳定同位素化学等方法分析研究区沉积物间隙水甲烷和硫酸根、pH和∑CO2以及δ^13C—CH4和δ^13C—ECO2的垂直剖面分布。结果显示，间隙水硫酸根浓度呈线性梯度减小，至沉积物甲烷-硫酸盐界面（sulfate-methane interface，SMI）附近，硫酸盐几乎全部消耗而甲烷浓度急剧增大；与此同时，间隙水pH和∑CO2在该深度位置明显升高。间隙水地球化学特征揭示了沉积物发生了AOM作用。在AOM过程中，由于^12CH4氧化速率较^13CH4快，故引起沉积物间隙水剩余甲烷的碳同位素偏重，而δ^13C—ZCO2值变为极负，珠江口QA11—2、QA12-9、QA12—14和GS-1四个站位SMI对应深度分别为12cm、38cm、50cm和204cm，而南海BD-7站位由间隙水硫酸根剖面变化推算约为600cm。从珠江河口到南海沉积物，由于受陆源输入的减少，表层沉积物有机质含量呈降低趋势。有机质输入量及其活性的高低是制约了沉积物SMI分布深浅的关键因素，这是由于高含量的活性有机质一方面可加速间隙水硫酸根通过有机质再矿化分解作用途径消耗；另一方面可引起向上扩散进入AOM反应带的甲烷通量增大，使得通过AOM作用的硫酸根消耗通量相应增大，其结果造成沉积物SMI的上移。根据沉积物C／N比值以及^13C剖面变化，推断AOM作用的可能发生机制是由于在沉积物表层再矿化作用过程中，因一部分活性有机质被大量消耗，导致进入沉积物硫酸根还原带底部的活性有机质数量相应减少，从而引起部分硫酸根转为与甲烷发生反应，并在微生物的作用下完成AOM过程。 相似文献
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《海洋地质前沿》2015,(9)
南海北部东沙海域是典型的水合物成藏区,冷泉活动对其沉积物地球化学特征有显著影响。分析了东沙海域冷泉区973-4站位1 375cm(水深1 666m)和973-5站位935cm(水深2 998m)长的柱状样的总有机碳(TOC)、总硫(TS)含量,并挑选其中的底栖有孔虫进行了碳氧同位素测试。通过沉积物总硫含量分析和临近站位孔隙水数据分析表明,2个站位沉积物均有较浅的硫酸盐甲烷还原界面(SMI)深度和较大的甲烷通量,其中973-4站位硫酸盐甲烷界面深度为海水―沉积物界面以下约900cm,973-5站位硫酸盐甲烷界面深度为海水―沉积物界面以下约750cm。总碳/总硫比值表明冷泉流体活动对沉积物硫埋藏起主导作用。Uvigerina spp.的δ13 C表明末次盛冰期(LGM)之前东沙海域有持续的冷泉活动,而自末次盛冰期以来Uvigerina spp.的δ13 C其偏负程度逐渐变小、冷泉活动逐渐减弱,这可能是海平面上升扩大了天然气水合物稳定区范围,从而抑制了冷泉流体上涌的结果。 相似文献
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杭州湾海底沉积物中蕴藏着大量的浅层生物气,作为温室气体CH4的重要载体,研究其甲烷厌氧氧化(AOM)及相关碳循环过程,对正确评估浅层生物气的生态环境效应具有重要的科学意义。通过对YS6孔柱状沉积物孔隙水、顶空气等地球化学参数的测试分析,基于质量平衡和碳同位素质量平衡原理,利用"箱式模型"定量研究了硫酸盐—甲烷转换带(SMTZ)内的碳循环过程。结果表明:SMTZ位于海底约6～8 mbsf沉积层,其内部碳循环过程除了包含有机质的硫酸盐还原(OSR)、AOM和碳酸盐沉淀(CP)反应外,还隐藏存在"AOM生成的溶解无机碳(DIC)"产甲烷反应(CR),反应速率分别为9.14、7.42、4.36、2.72 mmol·m~(-2)·a~(-1),而有机质降解产甲烷反应(ME)未发生。各反应对SMTZ内孔隙水DIC的补充贡献率为OSRAOMME,而对DIC的消耗贡献率CPCR。深部含甲烷沉积层向上扩散而来的CH4并不是驱动SMTZ内部SO42-还原的唯一电子供体,CR和OSR反应亦是导致进入SMTZ内硫酸盐扩散通量大于甲烷的重要因素,且SMTZ下边缘沉积层出现明显的13CH4亏损亦与CR反应有关。本研究认为,定量评估海底沉积物中AOM作用的相对强弱时,SMTZ内可能存在的"隐藏的"产甲烷作用(如CR、ME等)不能忽视。 相似文献
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《海洋地质与第四纪地质》2021,(5)
海洋沉积物中大部分甲烷会通过甲烷厌氧氧化作用(anaerobic oxidation of methane, AOM)而被消耗。早期研究表明,AOM可与硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐的还原作用相耦合,从而有效减少甲烷向大气的排放。最近,金属依赖型AOM(metal-AOM,活性金属氧化物还原反应驱动的AOM)被证实存在于自然界沉积物和富集培养的样品中。但是,目前仍未从自然海洋环境中分离获得能够介导metal-AOM的微生物。对海洋沉积物中metal-AOM的研究大多聚焦于热液或冷泉等海洋特殊生境,一系列研究表明地质流体在这些海底化能自养生态系统的维持和演化方面起到了重要作用,并深刻影响全球地球化学循环,因此,该科学问题研究吸引了越来越多的注意力。本文讨论了可能参与海洋沉积物中metal-AOM的微生物类群及其地球化学证据,并在前人工作基础上,以冲绳海槽冷泉-热液共生区为例,提出一种新的metal-AOM作用机制。认为在全球冷泉-热液系统相互作用地区的调查有助于更好地探讨metal-AOM的发生机制及微生物在深海生境中分布的连通性问题。 相似文献