إعداد البايرايت أوثيجينيك من الرواسب الحاملة لغاز الميثان للنظائر في الموقع الكبريت في تحليل استخدام سيمز
Summary
وقد ركزت التحليلات تكوين الكبريت النظائر المشعة (δ34S) من البايرايت من الرواسب الحاملة لغاز الميثان عادة العينات المجمعة. هنا، علينا تطبيق مطيافية أيون الثانوي الشامل لتحليل القيم δ34S شتى البايرايت الأجيال لفهم تاريخ دياجينيتيك بيريتيزيشن.
Abstract
التراكيب النظائر الكبريت المختلفة من البايرايت أوثيجينيك عادة ينتج عن الأكسدة اللاهوائية يحركها كبريتات الميثان (هكذا4-أوم) وأورجانيكلاستيك كبريتات الحد (OSR) في الرواسب البحرية. انهيار بيريتيزيشن معقدة تسلسل غير تحديا بسبب تعايش مختلف البايرايت تسلسلياً شكلت مراحل. ويصف هذه المخطوطة نموذج إعداد إجراء يسمح باستخدام مطيافية الشامل (سيمز) أيون الثانوية للحصول على في الموقع δ34S قيم شتى البايرايت الأجيال. وهذا يسمح للباحثين لتقييد كيفية ذلك4-أوم بيريتيزيشن يؤثر في الرواسب الحاملة لغاز الميثان. وكشف تحليل سيمز مجموعة متطرفة في δ34S القيم، التي تمتد من-41.6 إلى + 114.8‰، التي أوسع بكثير من نطاق القيم34S δ التي حصل عليها تحليل النظائر الكبريت عينات نفس الجملة التقليدية. بيريت في الرواسب الضحلة يتكون أساسا من 34فرامبويدس المنضب S، مما يشير إلى بداية تشكيل دياجينيتيك من OSR. أعمق في الرواسب، يحدث البايرايت أكثر فيرغرووثس وبلورات يوهيدرال، مما عرض الكثير القيم34S سيمز δ أعلى مما فرامبويدس. مثل البايرايت أثري S 34يرتبط بتعزيز ذلك4-أوم في منطقة الانتقال كبريتات-الميثان، لاحق OSR. الاستبانة في الموقع سيمز الكبريت النظائر تحاليل تسمح بإعادة بناء العمليات بيريتيزيشن، التي لا يمكن حلها بتحليل النظائر الكبريت الأكبر.
Introduction
انبعاثات الميثان من الرواسب شائعة على امتداد الحواف القارية1،2. ومع ذلك، معظم الميثان في مناطق التسرب انتشارية تتأكسد على حساب كبريتات داخل الترسبات، عملية تعرف بذلك4-أوم (المعادلة 1)3،4. إنتاج كبريتيد خلال هذه العملية عادة نتائج في هطول الأمطار البايرايت. أيضا، يدفع OSR أيضا تشكيل البايرايت عن طريق الإفراج عن كبريتيد (المعادلة 2)5.
CH4 حتى42 – ← HS– + HCO3– + ح2س (1)
2CH حتى42 – ← ح2ق +2س +32HCO– (2)
قد تم العثور على أن كبريتيد أوثيجينيك في كبريتات-الميثان انتقال المنطقة (سمتز) يكشف δ عالية34S القيم، الذي اقترح أن يكون سبب ذلك المحسن4-أوم في مناطق التسرب6،7، 8. على النقيض من ذلك، يعرض البايرايت الناجمة عن OSR عادة انخفاض قيم34S δ9. بيد أنه يمثل تحديا لتعريف أجيال البايرايت المختلفة الناجمة عن هذه العمليات (أي، OSR وهكذا4-أوم) إلا إذا كان يتم استخدام قياس نظائر كبريت الأكبر، منذ تشكيل تباعا إينتيرفينجيرينج الأجيال البايرايت تتميز بتركيبة النظائر المشعة المختلفة. ولذلك، مطلوب تحليل النظائر المشعة في الموقع microscale الكبريت لتحسين فهمنا للفعلية مينيراليزينج العمليات10،،من1112. كتقنية متعددة الاستخدامات لتحليل النظائر المشعة في الموقع ، يتطلب سيمز فقط بضعة نانوجرام من عينة، والذي آثار تعيينه كأسلوب غير تدميري. سبوتيرس شعاع أيون الأولية المستهدفة، مما تسبب في انبعاث أيونات الثانوية التي يتم نقلها لاحقاً إلى مطياف شامل لقياس13. في أوائل في الموقع كبريت شعاع تحليل النظائر تطبيق سيمز، بيمينجير et al. بنجاح تحليل القيم34S δ في galena باستخدام 10-30 ميكرومتر-قطرها14. هذا النهج قد طبق متزايدة على سليكية التراكيب الكبريت النظائر في [سولفيد]، مع إدخال تحسينات هامة في كل قياس الدقة والقرار11،،من1213 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20-أبلغ البايرايت مع مختلف السمات سمات وأنماط النظائر المستقرة الكبريت متميزة من الثقوب والبيئات غير الثقوب21،22،،من2324. بيد لأفضل لمعرفتنا، قبل أعمالنا الأخيرة سيمز الدراسة6، دراسة واحدة فقط استخدمت في الموقع الكبريت تحليل النظائر المشعة من البايرايت من بيئات الثقوب وكشف الكبريت الكبيرة النظائر تقلب في بيريت البيوجينية25.
في هذه الدراسة، طبقنا سيمز لتحليل قيم الأجيال المختلفة من البايرايت أوثيجينيك من موقع تسرب في بحر الصين الجنوبي، مما يسمح للتمييز microscale OSR-وهكذا4-أوم-مشتقة البايرايت34S δ.
Protocol
Representative Results
Discussion
تحليل النظائر الكبريت البايرايت نهجاً مفيداً ويمكن أن تساعد في تحديد العمليات الكيميائية الأرضية الأحيائية التي تؤثر على بيريتيزيشن. بيد إذا تم تطبيق تحليل النظائر الكبريت السائبة، تواقيع النظائر الكبريت التي يتم الحصول عليها عادة تمثل إشارات مختلطة، كما المجاميع البايرايت الرسوبية ت?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
كانت تشترك في تمويل هذه البحوث وتدعمها مؤسسة العلوم الطبيعية للصين (لا 91128101 و 41273054 و 41373007)، مشروع المسح الجيولوجي في الصين بحر الصين الجنوبي هيدرات المورد للتنقيب عن “الغاز” (رقم DD20160211)، تمول البحوث الأساسية للجامعات المركزي (رقم 16lgjc11)، ومقاطعة قوانغدونغ الجامعات والكليات نهر اللؤلؤ باحث تمويل المخطط (رقم 2011). لين زيونغ تعترف بالدعم المالي المقدم من “مجلس المنح الدراسية الصيني” (رقم 201506380046). لو يانغ بفضل “المشروع النخبة قوانغتشو” (رقم JY201223) ومؤسسة الصين لعلوم ما بعد الدكتوراه (رقم 2016 م 592565). نحن ممتنون للدكتور اطباقه يانغ وتوجه تشانغ ليانغ جينقيانج الدكتور “مدينة قوانغتشو للمسح الجيولوجي البحري” لتوفير نماذج واقتراحات قيمة. ونحن نشكر الدكتور لي إكسيانهوا والدكتور ليو تشن من معهد الجيولوجيا والجيوفيزياء (بكين)، الأكاديمية الصينية للعلوم، للمساعدة في تحليل سيمز. وشكر الدكتور شياو شيا هو إتاحة “المعمل سيمز” من “معهد قوانغتشو للكيمياء الجيولوجية”، الأكاديمية الصينية للعلوم، لتصوير هذه المادة. وهذه المخطوطة استفادت من تعليقات من الدكتور إليشا ديسوزا، محرر مجلة من جوف، واثنين من الحكام مجهول.
Materials
| secondary ion mass spectroscopy | Cameca | IMS-1280 | |
| thermal field emission scanning electron microscopy | Quanta | Quanta 400F | |
| elemental analyser – isotope ratio mass spectrometry | ThermoFinnigan | ThermoFinnigan Delta Plus | |
| binocular microscope | any | NA | |
| reflected light microscope | Carl Zeiss | 3519001617 | |
| polishing machicine | Struers | 60210535 | |
| cutting machicine | Struers | 50110202 | |
| carbon/gold coating machicine | any | NA | |
| ethanol | any | NA | |
| acetic acid | any | NA | |
| zinc acetate solution (3%) | any | NA | |
| HCl solution (25%) | any | NA | |
| 1 M CrCl2 solution | any | NA | |
| 0.1 M AgNO3 solution | any | NA | |
| V2O5 powder | any | NA | |
| pure nitrogen | any | NA | |
| syringe | any | NA | |
| filter(<0.45 µm) | any | NA | |
| tin cups | any | NA | |
| round bottom flasks | any | NA | |
| epoxy | Struers | 41000004 | |
Riferimenti
- Judd, A. G. The global importance and context of methane escape from the seabed. Geo-Mar Lett. 23 (3), 147-154 (2003).
- Suess, E. Marine cold seeps and their manifestations: geological control, biogeochemical criteria and environmental conditions. Int J Earth Sci. 103 (7), 1889-1916 (2014).
- Boetius, A., et al. A marine microbial consortium apparently mediating anaerobic oxidation of methane. Nature. 407 (6804), 623-626 (2000).
- Orphan, V. J., House, C. H., Hinrichs, K. -. U., McKeegan, K. D., DeLong, E. F. Methane-consuming archaea revealed by directly coupled isotopic and phylogenetic analysis. Science. 293 (5529), 484-487 (2001).
- Jørgensen, B. B. Mineralization of organic matter in the seabed – the role of sulfate reduction. Nature. 296, 643-645 (1982).
- Lin, Z. Y., et al. How sulfate-driven anaerobic oxidation of methane affects the sulfur isotopic composition of pyrite: A SIMS study from the South China Sea. Chem Geol. 440, 26-41 (2016).
- Jørgensen, B. B., Böttcher, M. E., Lüschen, H., Neretin, L. N., Volkov, I. I. Anaerobic methane oxidation and a deep H2S sink generate isotopically heavy sulfides in Black Sea sediments. Geochim Cosmochim Ac. 68 (9), 2095-2118 (2004).
- Borowski, W. S., Rodriguez, N. M., Paull, C. K., Ussler, III, W. Are 34S-enriched authigenic sulfide minerals a proxy for elevated methane flux and gas hydrates in the geologic record?. Mar Petrol Geol. 43, 381-395 (2013).
- Canfield, D. E. Isotope fractionation by natural populations of sulfate-reducing bacteria. Geochim Cosmochim Ac. 65 (7), 1117-1124 (2001).
- McKibben, M. A., Eldridge, C. S. Micron-scale isotopic zoning in minerals; a record of large-scale geologic processes. Mineral Mag. 58A, 587-588 (1994).
- Peevler, J., Fayek, M., Misra, K. C., Riciputi, L. R. Sulfur isotope microanalysis of sphalerite by SIMS: constraints on the genesis of Mississippi valley-type mineralization, from the Mascot-Jefferson City district, East Tennessee. J Geochem Explor. 80 (2-3), 277-296 (2003).
- Ferrini, V., Fayek, M., De Vito, C., Mignardi, S., Pignatti, J. Extreme sulphur isotope fractionation in the deep Cretaceous biosphere. J Geol Soc. 167, 1009-1018 (2010).
- Ireland, T. R., et al. Charge-mode electrometer measurements of S-isotopic compositions on SHRIMP-SI. Int J Mass Spectrom. 359, 26-37 (2014).
- Pimminger, A., Grasserbauer, M., Schroll, E., Cerny, I. Microanalysis in galena by Secondary Ion Mass Spectrometry for determination of sulfur isotopes. Anal Chem. 56 (3), 407-411 (1984).
- Eldridge, C. S., Compston, W., Williams, I. S., Walshe, J. L., Both, R. A. In situ microanalysis for 34S/32S ratios using the ion microprobe SHRIMP. Int J Mass Spectrom Ion Processes. 76 (1), 65-83 (1987).
- Kozdon, R., Kita, N. T., Huberty, J. M., Fournelle, J. H., Johnson, C. A., Valley, J. W. In situ sulfur isotope analysis of sulfide minerals by SIMS: precision and accuracy, with application to thermometry of 3.5 Ga Pilbara cherts. Chem Geol. 275 (3-4), 243-253 (2010).
- Farquhar, J., et al. Pathways for Neoarchean pyrite formation constrained by mass-independent sulfur isotopes. Proc Natl Acad Sci USA. 110 (44), 17638-17643 (2013).
- Whitehouse, M. Multiple sulfur isotope determination by SIMS: evaluation of reference sulfides for Δ33S with observations and a case study on the determination of Δ36S. Geostand Geoanal Res. 37 (1), 19-33 (2013).
- Chen, L., et al. Extreme variation of sulfur isotopic compositions in pyrite from the Qiuling sediment-hosted gold deposit, West Qinling orogen, central China: an in situ SIMS study with implications for the source of sulfur. Miner Depos. 50 (6), 643-656 (2015).
- LaFlamme, C., et al. In situ multiple sulfur isotope analysis by SIMS of pyrite, chalcopyrite, pyrrhotite, and pentlandite to refine magmatic ore genetic models. Chem Geol. 444, 1-15 (2016).
- Peckmann, J., et al. Methane-derived carbonates and authigenic pyrite from the northwestern Black Sea. Mar Geol. 177 (1-2), 129-150 (2001).
- Zhang, M., et al. Morphology and formation mechanism of pyrite induced by the anaerobic oxidation of methane from the continental slope of the NE South China Sea. J Asian Earth Sci. 92, 293-301 (2014).
- Lin, Z. Y., et al. Stable isotope patterns of coexisting pyrite and gypsum indicating variable methane flow at a seep site of the Shenhu area, South China Sea. J Asian Earth Sci. 123, 213-223 (2016).
- Virtaslo, J. J., et al. Pyritic and baritic burrows and microbial filaments in postglacial lacustrine clays in the northern Baltic Sea. J Geol Soc London. 167 (6), 1185-1198 (2010).
- Kohn, M. J., Riciputi, L. R., Stakes, D., Orange, D. L. Sulfur isotope variability in biogenic pyrite: Reflections of heterogeneous bacterial colonization?. Am Mineral. 83 (11-12 Pt 2), (1998).
- Canfield, D. E., Raiswell, R., Westrich, J. T., Reaves, C. M., Berner, R. A. The use of chromium reduction in the analysis of reduced inorganic sulfur in sediments and shales. Chem Geol. 54 (1-2), 149-155 (1986).
- Rice, C. A., Tuttle, M. L., Reynolds, R. L. The analysis of forms of sulfur in ancient sediments and sedimentary rocks: comments and cautions. Chem Geol. 107 (1-2), 83-95 (1993).
- Kita, N. T., Huberty, J. M., Kozdon, R., Beard, B. L., Valley, J. W. High-precision SIMS oxygen, sulfur and iron stable isotope analyses of geological materials: accuracy, surface topography and crystal orientation. Surf Interface Anal. 43 (1-2), 427-431 (2011).
