作者:朱汉斌 邓土连 来源:中国科学报 发布时间:2019/10/28 13:26:47
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中科院广州地化所揭示硅—铝共循环重要机制

 

记者从中国科学院广州地球化学研究所获悉,该所矿物表界面作用学科组袁鹏等科研人员,对湖泊硅藻及其生物硅中铝赋存特征开展了深入研究,发现铝类质同象置换硅进入湖泊硅藻的氧化硅骨架中,其铝含量远高于海水中的硅藻生物硅;提出湖泊沉积生物硅中的铝构成了地球的一个重要铝汇。相关研究10月23日发表在《自然—通讯》上。

铝是地壳中含量最丰富的金属元素,其地球化学循环与成岩成矿作用密切相关,是地球物质循环的重要环节。硅藻广泛分布于地球水体,是少数能够摄取硅建造自身细胞壁(矿物成分为A型蛋白石)的代表性水生生物之一,其生命活动和硅质遗骸的归趋构成了全球硅—碳共循环的主要环节。海水中的溶解铝对硅藻生长的影响及其与海洋硅藻生物硅之间的界面反应已吸引了广泛研究;但关于湖泊生物硅在相对高铝浓度条件下的结构—成分“响应”及其所致地球化学效应,一直未得到应有的研究关注。

研究人员以我国太湖、乌梁素海等淡水湖泊中的梅尼小环藻和谷皮菱形藻(全球淡水湖泊中分布最广泛的两种硅藻)等硅藻为研究对象,开展了不同铝浓度下的硅藻培养实验,对采集和培养所获硅藻及其生物硅进行了系统的微区结构—成分分析;将高分辨微区分析与基于丰富硅藻及生物硅样品的成分分析相结合,获得了对湖泊硅藻生物硅中铝赋存特征的深入认识。

该研究发现,铝通过类质同象置换硅的形式进入湖泊硅藻的氧化硅骨架中,其铝含量远高于海水中的硅藻生物硅。基于全球生物硅的沉积率数据,该研究提出,赋存于湖泊沉积生物硅骨架中的铝构成了地球的一个重要铝汇,其年沉积量的规模堪比海洋生物硅所构成的铝汇。该研究还指出,湖泊硅藻生物硅的溶解率因其高铝含量而显著降低,有利于提高湖泊硅藻驱动的“生物泵”固碳效率。

该研究表明,硅藻硅质骨架构建、生物硅溶解和沉降、沉积成岩等过程均伴随着有机质—矿物基体—溶解元素间的界面反应;由于硅藻种类、生长环境条件的高度多样性,其生物地球化学行为或可产生复杂而影响深远的环境和生态效应,有待不同学科共同关注并持续开展研究。

据了解,鉴于硅藻在水圈、生物圈乃至岩石圈中对地球物质循环的影响广泛,该工作所获发现对硅藻生物泵固碳、硅藻沉积成矿机制等相关科学问题的研究亦具有重要参考价值。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-019-12828-9

 
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