海洋是大气甲烷来源的巨大碳库，海底沉积环境中的硫酸盐和铁锰等金属氧化物可作为甲烷释放的重要屏障，对全球气候调节、元素循环以及碳中和起到关键作用。其中，硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化（SO4-AOM）是过去几十年研究最多的甲烷消耗反应，对海底冷泉和天然气水合物区甲烷渗漏动态的反演产生了积极的影响。

然而，在贫硫酸盐的海洋环境或沉积体系，SO4-AOM作用的厘定及适用范围还相对有限，铁的氧化物或氢氧化物可作为更有利的电子受体参与甲烷的氧化过程（Fe-AOM）。但长期以来，Fe-AOM作用在海洋环境中存在却很少被证实，对于沉积物中可利用活性铁的来源也还有争议，尤其是SMTZ区域之下，其对实际甲烷消耗的重要程度也一直被大大低估。

因此，针对上述科学难题，北京大学卢海龙教授团队深入研究了马尔马拉海冷泉和含天然气水合物沉积环境中铁的地球化学循环，并在地球化学领域权威期刊Chemical Geology发表文章Magnetic properties of gas hydrate-bearing sediments and their association with iron geochemistry in the Sea of Marmara, Turkey。

研究发现SO4-AOM和Fe-AOM不同程度地影响着海底沉积物中铁、硫等元素循环；铁元素的矿物存在形式及其迁移转化规律与环境中的碳氢化合物和二氧化碳通量有密切关系（图1）。在低渗漏的甲烷环境，SO4-AOM过程伴随着碳酸盐矿物和黄铁矿的形成，反映孔隙水丰富的Ca2+和相对匮乏的Fe2+；而在强甲烷渗漏的水合物赋存环境，特殊的流体（高浓度二氧化碳、重烃等）和产甲烷作用为Fe-AOM创造酸性且还原的条件，可促进铁（氢）氧化物的溶解；孔隙水Fe2+、HS-、HCO3-和Ca2+的相对含量决定了沉积物中碳酸盐的分布状况和强磁性铁硫矿物（胶黄铁矿、磁黄铁矿）的出现。Fe-AOM过程改变了原有沉积物的地化特征，并保存了能反映环境演化的重要磁学记录。因此，探寻Fe-AOM古往今来时空演化的佐证，对我们理解极端环境中的元素地球化学循环产生了重要影响。

本研究得到了中国地质调查项目（DD20189310，DD20190230，DD20221703）、广东省基础与应用基础研究重大专项（2020B0301030003）、中央高校基本科研业务费（2652017129）和国家留学基金委（202006015014）的资助。

北京大学北京天然气水合物国际研究中心（水合物中心）、地球与空间科学学院讲席教授卢海龙为本文的通讯作者，助理研究员杨海琳为本文的第一和共同通讯作者。英国利兹大学Simon W. Poulton教授、法国海洋开发研究院（Ifremer）Livio Ruffine研究员、中国科学院地球环境研究所张鹏副研究员、中国地质大学（北京）讲师时美楠、中国石油勘探开发研究院李建明高级工程师、水合物中心路颖晗硕士研究生、刘宇佳博士研究生（现为南京信息工程大学讲师）为本文的合作作者。本文得到了澳大利亚国立大学Andrew P. Roberts教授、伊斯坦布尔科技大学M. Namık Çağatay教授、中国地质大学（北京）董海良教授及另两位匿名审稿人的同行评议及专业评审。

原文信息：

Hailin Yang*, Peng Zhang, Hailong Lu*, Meinan Shi, Jianming Li, Yinghan Lu, Yujia Liu, Livio Ruffine, Simon W. Poulton. Magnetic properties of gas hydrate-bearing sediments and their association with iron geochemistry in the Sea of Marmara, Turkey. Chemical Geology, 2023, 620, 121339.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121339

图1 冷泉和天然气水合物区沉积物中硫酸盐与铁驱动的甲烷厌氧氧化机制