西南印第安海岭热液羽流中溶解的痕量金属的尺寸形态
本文亮点
1、对两个喷流场热液羽流中的金属尺寸形态进行了研究。
2、羽流中溶解Mn大部分1kDa，溶解铁主要为胶体铁。
3、超过66%的溶解铁在浮力羽流中被移除，在很短的分散距离内。
4、羽流中的Cu、Ni和Mo与背景海水相当，与稀释无关。
5、胶体配体在浮力羽流中对Cd的稳定起着重要作用
内容简介
该文章研究了西南印度洋龙旂和天成两个喷流区热液柱中溶解微量金属(Mn、Fe、Cu、Ni、Mo、As、Pb、Cd)的浓度和粒度形态。浮力羽流和非浮力羽流中溶解Mn(75-%)大部分为可溶性Mn(1kDa)，而浮力羽流中溶解Fe含有大量的胶体Fe(54-95%)。在分散的短距离内，超过66%的水热溶解铁在浮力羽流中被除去。除了最接近流体源的样品外，羽流中的Cu、Ni和Mo浓度与背景海水的浓度相当，与其稀释无关。由于龙旂地区清除了As以及天成地区金属硫化物溶解释放了Pb，使得天成地区浮力羽流中溶解态As和Pb的浓度高于龙旂地区。非浮力羽流中溶解性镉的浓度与背景海水几乎相同，溶解相中可溶性镉占主导地位(75-92%)。本实验通过测定微量金属(溶解态、胶体态)的大小形态，了解其在热液羽流中的地球化学行为。
实验部分
1、在西南印度洋脊的龙旂（49.65°E,37.78°S）和天成(63.92°E,27.85°S)两个热液口区采集了海水样品
2、水样转移到酸洗过的高密度聚乙烯瓶中，真空通过聚醚砜过滤器过滤。过滤后，取滤液加入玻璃瓶中冷冻保存，进行DOC分析。另一等分滤液(~mL)转移到酸清洗的低密度聚乙烯瓶中，在室温下保存，分析金属。
3、痕量金属的测定：用于测定微量金属的样品均用浓硝酸酸化至pH=2，至少2个月，再进一步处理。对Mn(浮力羽流样品)、Fe、As、Mo分析，用0.3μmol/L硝酸溶液稀释20倍后，用等离子体质谱进行测定。对于Mn(非浮力羽流样品)、Cu、Ni、Cd和Pb分析，使用Nobias-PA1树脂预浓缩样品，萃取结束后，将约20mL稀释缓冲液(0.05μmol/LHAcO-NH4AcO)泵入，以去除树脂中残留的盐分。用约10mL1μmol/L的硝酸溶液从与样品相反的方向洗脱靶金属，储存在酸清洗离心管中，用ICP-MS进行分析
4、DOC的测定：DOC样品解冻后酸化至pH2。用岛津TOC-LCPH分析仪测定DOC浓度。
图文分析
图1：龙旂和天成的位置和采样点的地貌。图(a)中的SWIR和SEIR分别表示西南印度洋脊和东南印度洋脊。(b)龙旂采样点地理坐标。(c-h)采样点的地貌和区系组合。
表1：采集样品基本情况。
表2：溶解性和可溶性微量金属的浓度和胶体组分的百分比。
图2：溶解铁(0.2μm)与溶解锰(0.2μm)的相关性。
为了量化热液-海水混合过程中dFe的去除，绘制了热液流体/羽流的保守稀释线，并与测量的dFe浓度进行了比较。
图3：溶解元素(Cu、Ni、Pb、As、Mo、Cd)与溶解元素Mn的相关性。水平灰色条带表示印度洋或全球大洋深水(-m)中微量元素的背景浓度。(e)中的蓝色虚线表示样本TT-1在背景海水中的保守稀释度。
图4：龙旂和天成热液场浮力羽流和非浮力羽流中溶解态镉的浓度和胶体镉的百分比。水平紫色带表示背景海水中溶解的Cd浓度。
在LQ-3样品中观察到的高浓度的溶解Cd是由火山口碎屑的溶解向浮力羽流中添加额外的Cd造成的，因此不代表浮力羽。
图5：溶出Cd与胶体Cd含量的相关性。
结论
本实验研究了西南印度洋脊龙旂和天成两个喷流场热液中Mn、Fe、Cu、Ni、Mo、As、Pb、Cd等8种微量元素的溶解浓度和粒径形态(胶体态和可溶性态)。
1、在浮力羽流和非浮力羽流中，溶解的Mn主要存在于可溶相中(1kDa)。
2、超过66%的dFe在浮力羽流中被去除，这可能是热液颗粒如硫化铁和氢氧化铁形成的结果。
3、在天成，只有在最接近流体源的样品中，溶解Cu和Ni的浓度升高。
4、溶解态Mo主要以可溶性态Mo的形式存在，并且与羽流稀释无关，这表明Mo中的龙旂和天成的热液流失了。
5、在龙旂，溶解态的As和Pb的含量与背景海水相当或低于背景海水。在天成，热液柱富集的样品中As和Pb含量较高，且随着热液柱的稀释而降低。
6、在非浮力羽流中，溶解态Cd的浓度与背景海水的浓度基本一致，溶解态Cd以可溶性Cd为主。相反，大量的溶解Cd在浮力羽流中被去除，剩余的溶解Cd主要存在于胶体相中。
-END-
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