第七届青年地学论坛

汞元素（Hg）的深海沉积过程是Hg在地球表生圈层循环中知之甚少的环节。理解Hg从表生圈层中移除至深海的过程和通量，有助于对未来Hg污染的预测和评估。在地质时间尺度上，表生圈层的Hg被认为主要来源于火山作用释放的气体。古环境研究一般认为，大规模火山活动可能造成全球气候的剧烈变化，从而导致生物灭绝事件。近二十年来，随着Hg测试方法的进步和普及，沉积岩中的Hg与有机碳比值（Hg/TOC）被用于指示沉积物沉积时大气Hg浓度，以识别与生物灭绝事件相关的火山活动。与大量发表的古代沉积岩Hg记录相比，现代海洋沉积物的Hg沉积过程研究十分有限，且主要集中在与人为污染关系密切的近岸海域。
表层海洋的Hg储量与大气相当，每年向大气释放的Hg通量占自然源的一半。深海的Hg储量是大气的100倍，在海洋传送带中深水与表层海水交换活跃的区域，这部分Hg也可能与大气交换。根据现有研究，海水中Hg与有机颗粒处于吸附-解吸平衡状态，配分系数K_d为10⁶至10⁷ L/kg TOC。随着有机颗粒沉降到海底并被埋藏，海水中的Hg被带入沉积物并永久移除表生圈层。在沉积物埋藏过程中，还原性的有机质会与沉积物中的氧化性物质（主要为铁锰氧化物）以及孔隙水中的氧气等电子受体发生生物化学反应，即发生早成岩作用。我们测量了分布在全球各地（北太平洋、西太平洋冲绳海槽、赤道东太平洋海水上涌区、北大西洋及南大洋）的海洋沉积物钻孔的Hg含量及Hg/TOC。深海沉积物的Hg/TOC变化范围很大（1,000–300,000 ppb），且显著高于海水中有机颗粒的Hg/TOC（100–3,000）。在梯度升温释放Hg的实验中，Hg/TOC较低的沉积物大量释放Hg的温度不高于350 ℃，而Hg/TOC较高的沉积物样品在450–550 ℃释放的Hg比例增大。结合钻孔已有的沉积速率和生物生产力等信息，这种变化可能由早成岩作用造成的有机质组成变化引起。

深海沉积物,Hg浓度,Hg/TOC,早成岩作用,有机质