汞(Hg)现在被广泛用作火山输入沉积剖面的替代物，特别是在显生界大规模灭绝事件期间，但海洋沉积物中汞的来源和机制仍存在争议。目前关于其来源的主要假设是：1)同期海水汞浓度升高(例如，由于火山活动的输入)与海洋沉积物正常的汞吸收过程相结合；2)正常海水汞浓度与海洋沉积物对汞的吸收增强(例如，由于硫化物的强烈吸附)。

据报道，海洋沉积物中汞的最大富集量之一(高达1500 ppb)来自中国南方的奥陶纪与志留纪之交地层（图1），由于沉积物中（特别是近岸地区沉积物）的汞来源特别复杂，很多地质过程（如缺氧、陆源物质输入等）都可以引起沉积物中汞浓度的升高，使得沉积物中汞的来源仍然不确定。然而汞同位素是追踪沉积物中汞来源的一种很有前途的工具，因此开展汞同位素的研究，对系统理解汞来源具有重要意义。

图1  晚奥陶世汞记录研究剖面分布图（绿色圆圈表示前人的研究剖面、红色三角形表示本研究的剖面）

近日，地矿国重沈俊研究员团队通过研究中国南方扬子地台焦页钻芯奥陶纪与志留纪之交地层中的汞同位素，证明了华南奥陶纪与志留纪之交地层中极富汞黄铁矿层中汞的海水来源，并提供了反对火山来源的证据。作者推测汞的极端富集是由于黄铁矿对海水中汞的吸附速率提高所致，由于Hg²⁺对S^2-的化学亲和力强于对有机质的化学亲和力，从而提高了对汞的吸收速率。同时作者提出了海水中沉积汞富集的两种模型，先前大多数研究结果都是以第一种模型为主，即海洋沉积物中原始汞和标准化汞(例如汞/总有机碳)浓度升高被视为大火成岩省相关的火山成因汞向海水输入。第二种模型则表示在没有火山成因输入的海水汞负荷的情况下，也可能导致黄铁矿沉积物中汞的富集，这一过程主要受控于当地的环境条件。这些发现表明，在重大事件期间(如奥陶纪与志留纪之交)的大量汞富集并不一定与大火成岩省的火山输入有关，这应该引起地球科学界的广泛关注。对于一些重大的地球事件间隔，可能需要重新评估早先关于与大火成岩省有关的火山成因汞输入的推断。

 图2  海水中沉积物汞富集的两种模型

论文信息：

Title：Mercury isotope evidence for a non-volcanic origin of Hg spikes at the Ordovician-Silurian boundary, South China

Source：Earth and Planetary Science Letters

Authors：Jun Shen, Thomas J Algeo, Qinglai Feng

Published: September 2022

DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117705

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X22003417?via%3Dihub