הכנה של פיריט Authigenic ממשקעים מתאן מניבי בחיי עיר גופרית איזוטופ ניתוח באמצעות סימס
Summary
ניתוחים של הרכב איזוטרופי גופרית (אלפא34S) של פיריט ממשקעים מתאן מניבי התמקדו בדרך כלל דגימות בצובר. כאן, אנחנו מוחלים יון משני לספקטרומטרית לנתח את הערכים34S אלפא של דורות שונים הפייריט להבין את ההיסטוריה diagenetic של pyritization.
Abstract
גופרית שונים קומפוזיציות איזוטופ של פיריט authigenic בדרך כלל תוצאה של מונחי-סולפט חמצון אנאירובי של מתאן (אז4– אום) ו organiclastic חומצה גופרתית הפחתה (OSR) במשקעים ימיים. עם זאת, רצף נפרם את pyritization מורכבים הוא אתגר בגלל קיום של שלבים ברצף בנוי אבן הפייריט שונים. כתב יד זה מתאר הליך הכנה מדגם זה מאפשרת את השימוש יון משני לספקטרומטרית (סימס) כדי להשיג בחיי עיר ערכי34S אלפא הדורות הפייריט שונים. דבר זה מאפשר לחוקרים להגבלת הכיצד4– אום משפיעה על pyritization של מתאן מניבי משקעים. ניתוח סימס גילה טווח קיצוני בערכים34S אלפא, פורש מ-41.6 ל + 114.8‰, אשר הוא הרבה יותר טווח הערכים34S אלפא מתקבל על ידי ניתוח איזוטופ גופרית בצובר המסורתי של הדגימות באותו רחב. הפייריט ב רדוד המשקע מורכב בעיקר 34framboids S מדולדל, רומז בתחילת הגיבוש diagenetic על ידי OSR. עמוק המשקע, פיריט יותר מתרחשת כמו overgrowths ו- euhedral גבישים, המציגים הרבה סימס אלפא34S ערכים גבוהים יותר מאשר framboids. הפייריט מועשרת S כזה 34קשורה וכו משופרת4– אום באיזור המעבר סולפט-מתאן, תאריך מאוחר OSR. ברזולוציה גבוהה בחיי עיר סימס גופרית איזוטופ ניתוחים לאפשר את הבנייה המחודשת של תהליכי pyritization, אשר לא יכול להיפתר על ידי ניתוח איזוטופ גופרית בצובר.
Introduction
פליטת מתאן ממשקעים נפוצים לאורך השוליים קונטיננטלי1,2. עם זאת, רוב במתאן באזורים של דליפה המפזרת תחמוצת על חשבון סולפט בתוך המשקעים, תהליך המכונה וכו4– אום (משוואה 1)3,4. הייצור של סולפיד במהלך תהליך זה התוצאה בדרך כלל המשקעים של הפייריט, שפועלת. כמו כן, OSR גם כוננים היווצרות של הפייריט, שפועלת על ידי שחרור גופרתי (משוואה 2)5.
CH4 + אז42 – ← HS– + HCO3– + H2O (1)
2CH2O + אז42 – ← H2S + 2HCO3– (2)
. עברו נמצאו הזה סולפיד authigenic סולפט-מתאן מעבר לאזור (SMTZ) מגלה אלפא גבוהה34S ערכים, אשר הוצע נגרמת על ידי כך משופרת4– אום באזורים של דליפה6,7, 8. לעומת זאת, פיריט שנגזרות OSR בדרך כלל מציג ערכים34S אלפא נמוך9. עם זאת, זה מאתגר כדי לזהות דורות שונים הפייריט המושרה על ידי תהליכים אלה (קרי, OSR ו- SO4– אום) אם רק מידה איזוטופ של גופרית בצובר משמש, מאז הוקמה במרוכז interfingering דורות פיריט מאופיינים על ידי יצירות איזוטרופי שונים. לכן, microscale בחיי עיר גופרית איזוטופ ניתוח נדרשת כדי לשפר את הבנתנו בפועל mineralizing תהליכים10,11,12. כמו טכניקה רב-תכליתי לניתוח איזוטופ ‘ ב באתרו , סימס דורש רק כמה ננוגרם מדגם, אשר הציתה את הכינוי שלו בתור שיטה גמישה. קרן יון ראשי sputters המטרה, גורם את פליטת יונים משני זה ולאחר מכן מועברים אל ספקטרומטר מסה למדידת13. בגופרית מוקדם בחיי עיר לשגר לניתוח איזוטופ היישום של סימס, Pimminger. et al. בהצלחה ניתח את הערכים34S אלפא גלנה באמצעות 10-30 מיקרומטר-קוטר14. גישה זו הוחלה יותר ויותר microanalysis של יצירות איזוטרופי גופרית סולפידים, עם שיפורים משמעותיים בשני מדידת דיוק ורזולוציה11,12,13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. הפייריט עם תכונות מורפולוגיות גופרית ברורים איזוטופ יציב דפוסים שונים דווח seep, סביבות הלא-seep21,22,23,24. אולם, לפי מיטב ידיעתנו, לפני שלנו האחרונות סימס מחקר6, מחקר אחד בלבד המשמש בחיי עיר גופרית איזוטופ ניתוח של פיריט מסביבות seep, חשף גופרית גדול השתנות איזוטופ הפייריט אימונופרוביוטיים25.
במחקר זה, והגשנו בקשה סימס לנתח את הערכים34S אלפא של דורות שונים של פיריט authigenic מאתר דליפה של ים סין הדרומי, אשר אפשרה על הפליה microscale של OSR – ו פיריט – אום-derived4וכו.
Protocol
Representative Results
Discussion
ניתוח איזוטופ גופרית של הפייריט היא גישה שימושי, יכול לעזור בזיהוי תהליכים biogeochemical השפעה pyritization. עם זאת, אם בתפזורת גופרית איזוטופ ניתוח מוחל, החתימות איזוטופ גופרית שהושג בדרך כלל מייצגים המסרים, כמו אגרגטים הפייריט משקע בדרך כלל מורכבים רבים, צמוד interfingering דורות. כאן, אנו מציגים שיטה (ק?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן במשותף, נתמך על ידי קרן סין של מדעי הטבע (לא 91128101, 41273054, 41373007), הפרויקט סקר גיאולוגי בסין עבור ים סין הדרומי מימה משאב וגז (מס ‘ DD20160211), קרנות מחקר בסיסי עבור האוניברסיטאות סנטרל (מספר 16lgjc11), גואנג-דונג פרובינציה אוניברסיטאות, מכללות נהר הפנינים המלומד במימון ערכת (מס 2011). לין בניסיון מאשר התמיכה הכלכלית שסופקו על-ידי המועצה מלגה סין (מספר 201506380046). Lu יאנג תודה הפרויקט עלית גואנגזו (מס ‘ JY201223) ושל קרן המדע פוסט-דוקטורט סין (מס 2016 ז 592565). אנחנו אסירי תודה ד ר Shengxiong יאנג, ג’אנג Guangxue של ד ר ליאנג Jinqiang של גואנגג’ואו ימית הגיאולוגי של מתן דוגמאות והצעות יקר אנו מודים לי Xianhua ד ר ושל ד ר צ’ן ליי של המכון של גיאולוגיה, גיאופיסיקה (בייג’ינג), האקדמיה הסינית למדעים, על העזרה עם הניתוח סימס. ד ר שיאופינג שיה הוא הודה על שזמינה סימס. מעבדה של המכון גואנגג’ואו גאוכימיה, האקדמיה הסינית למדעים, עבור הצילומים של מאמר זה. כתב היד נהנו מהערות של ד ר ניצה פרידמן Dsouza, עורך סקירה של יופיטר, ושופטים בעילום שם שני.
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 | |
References
- 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).
