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一个含盐内陆湖的倒置硫酸盐动力学
更新时间:2023-03-13 热度 129℃

  硫循环通过几个相互关联的反应对营养物质的命运起着关键作用。尽管自20世纪70年代初以来,人们已经对水生生态系统中的硫循环进行了深入研究,但其在含盐内河湖泊中的特征仍值得进一步探索。Gallocanta湖(西班牙东北部)是一个短暂的含盐内陆湖,其硫酸盐的主要来源是湖床矿物,导致溶解的硫酸盐浓度高于海水。对地表水、孔隙水和沉积物的地球化学和同位素特征进行了综合研究,以探讨硫循环如何受到地质背景的约束。在淡水和海洋环境中,硫酸盐浓度随深度的增加而降低,通常与细菌硫酸盐还原(BSR)有关。然而,在Gallocanta湖,孔隙水中硫酸盐浓度从水-沉积物界面处的60 mM增加到25 cm深度的230 mM。这种极端的增加可能是由于富硫酸盐矿物浮矿(MgSO4·7H2O)的溶解引起的。硫同位素数据验证了这一假设,并证明了BSR在水-沉积物界面附近的存在。这种动态可以防止甲烷的产生和从缺氧沉积物中释放,这在当前全球变暖的背景下是有利的。这些结果强调,与水柱相比,湖床中电子受体的潜在可利用性更高,在未来的内陆湖生物地球化学研究中应考虑地质背景。

  研究了水生环境中的生物地球化学过程,以了解生命必需化合物循环的途径。硫循环在这些流动中起着关键作用,因为它与其他营养物质(如碳或铁等)发生了许多相互关联的反应。尽管淡水和海洋系统中的硫循环已经研究了几十年,其主要途径已经被彻底描述和审查1,2,3,4,但在含盐内陆湖中不同反应的潜力仍值得进一步探索。

  硫酸盐(SO42−)是缺氧环境中的主要电子受体之一。细菌硫酸盐还原(BSR)涉及硫化氢(H2S)的产生,H2S可以被再氧化回SO42−或导致次生矿物如黄铁矿的沉淀。有机物、铁物种、氧和光可用性在促进某些过程优于其他过程(例如氧化vs还原或生物vs非生物反应)中起关键作用5,6,7,8。BSR是海洋系统(如欧辛盆地和大陆边缘沉积物)中有机质再矿化和再循环的主要微生物过程,因为SO42−在海水中的平均浓度为28 mM,具有很高的可用性2。相比之下,淡水环境中的SO42−浓度通常低2至3个数量级,这限制了沉积物中的BSR,因为SO42−会迅速耗尽。因此,甲烷作用成为淡水沉积物中有机质再矿化的主要厌氧过程4。先前在微咸到高盐湖泊的研究表明,高盐度并不一定会抑制BSR或硫化物氧化9,10,11,12,13。然而,BSR活动的热点以及不同亚叠系盐体系中SO42−的来源在多大程度上来自湖床矿物或地下水,而不是地表水,这些文献很少,但对于预测这些生态系统的甲烷生成潜力至关重要。

  在短暂的内陆湿地,化学和物理参数的变化取决于蒸发、降雨或地下水流入,并直接影响生物地球化学循环14,15。有机质来源和环境地质特征也起着关键作用。在湖泊的不同部分,包括垂直剖面(即地表水、孔隙水、沉积物和地下水),硫化合物的耦合地球化学和同位素特征可以进一步了解这些水环境中的硫循环。这对于预测气候变化的生物地球化学变化尤其有用,因为温度升高会导致淡水湖的盐碱化。

  Gallocanta盐湖(40°58′00″N, 1°29′50″W)位于伊比利亚山脉海拔990米a.s.l的高原上,由于其以下特殊特征,可以用作模型研究地点。它是西欧*大、保存*完好的内陆盐湖。它很浅,pH值在8到1016之间。在过去的30年里,它的*大水深一直保持在1米以下,由于该地区的气候是半干旱的,偶尔会出现完全干燥的时期。湖泊的水量变化主要是du


 


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