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地球科学部

    我国学者揭示湖泊硅藻生物硅的重要“铝汇”作用

    日期 2019-11-07   来源:地球科学部   作者:陈曦 初航 任建国  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:41772041,41202024, 40872042)等资助下,中科院广州地球化学研究所袁鹏研究员课题组在硅藻驱动的硅-铝地球化学共循环机制研究中取得重要进展。成果以“Lake sedimentary biogenic silica from diatoms constitutes a significant global sink for aluminium”(湖泊沉积硅藻生物硅构成地球的重要铝汇)为题,发表于2019年10月23日出版的《自然-通讯》(Nature Communications)。中科院广州地球化学研究所刘冬副研究员和袁鹏研究员为论文的共同第一作者,袁鹏为通讯作者,田倩等其他九位研究生和科研人员为论文的共同作者。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-12828-9。

      铝是地壳中丰度最高的金属元素,其循环和归趋不仅与多种成岩成矿作用密切相关,也显著影响着诸多生物地球化学过程。硅藻是一种具有硅质细胞壁(矿物成分为蛋白石)的浮游微生物,广泛分布于各种水体。其通过光合作用吸收二氧化碳的量约占地球生态系统的五分之一,因此,硅藻生物硅的归趋对于理解全球硅、碳等元素循环具有极为重要的意义。硅藻的生命活动及相关生物地球化学过程受到其生长环境中元素浓度的影响。天然淡水湖泊中具有较高的溶解铝浓度(可达微摩尔每升),然而,对湖泊生物硅在高铝浓度条件下的结构-成分“响应”一直以来缺乏研究认识,制约了对硅藻生物硅的地球化学行为及其效应的深入理解。

      袁鹏课题组从我国淡水湖泊中采集了代表性种属的淡水硅藻以提取其生物硅,与在模拟湖泊水体条件下培养所得硅藻的生物硅进行对比研究;运用高分辨微区分析和精细谱学方法,系统研究了湖泊硅藻生物硅中铝的赋存状态和含量。研究发现,铝以类质同象置换硅的形式在硅藻生物硅结构中稳定赋存且含量较高。采用湖泊生物硅沉积率数据测算得出,汇集于湖泊沉积硅藻生物硅中的铝量堪比海洋沉积硅藻生物硅中的铝量,从而揭示出湖泊硅藻生物硅是地球的重要“铝汇”。该研究还指出,湖泊硅藻生物硅的溶解率因其高铝含量而显著降低,这可能是湖泊硅藻“生物泵”作用固碳效率高的重要原因。

      鉴于硅藻在全球生物地球化学循环中的重要作用,该研究揭示的“硅藻-矿物基体-溶解铝”之间的独特界面反应机制,为研究硅藻驱动的硅-碳-铝元素循环、硅藻沉积固碳作用乃至硅藻土成矿机制提供了新的依据,对深入理解硅藻生物地球化学行为及其环境效应具有重要意义。

     

    图. 左图为硅藻(梅尼小环藻)生物硅的场发射扫描电镜(FESEM)图(俯视和侧视图);右图为生物硅中硅和铝分布的飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)图

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