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    我國學者揭示湖泊硅藻生物硅的重要“鋁匯”作用

    日期 2019-11-08   來源:地球科學部   作者:陳曦 初航 任建國  【 】   【打印】   【關閉

    圖. 左圖為硅藻(梅尼小環藻)生物硅的場發射掃描電鏡(FESEM)圖(俯視和側視圖);右圖為生物硅中硅和鋁分布的飛行時間二次離子質譜(TOF-SIMS)圖

      在國家自然科學基金項目(批準號:41772041,41202024, 40872042)等資助下,中科院廣州地球化學研究所袁鵬研究員課題組在硅藻驅動的硅-鋁地球化學共循環機制研究中取得重要進展。相關成果以“Lake Sedimentary Biogenic Silica from Diatoms Constitutes a Significant Global Sink for Aluminium”(湖泊沉積硅藻生物硅構成地球的重要鋁匯)為題,于2019年10月23日發表在Nature Communications(《自然-通訊》)上。中科院廣州地球化學研究所劉冬副研究員和袁鵬研究員為論文的共同第一作者,袁鵬為通訊作者。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-12828-9。

      鋁是地殼中豐度最高的金屬元素,其循環和歸趨不僅與多種成巖成礦作用密切相關,也顯著影響著諸多生物地球化學過程。硅藻是一種具有硅質細胞壁(礦物成分為蛋白石)的浮游微生物,廣泛分布于各種水體。其通過光合作用吸收二氧化碳的量約占地球生態系統的五分之一,因此,硅藻生物硅的歸趨對于理解全球硅、碳等元素循環具有極為重要的意義。硅藻的生命活動及相關生物地球化學過程受到其生長環境中元素濃度的影響。天然淡水湖泊中具有較高的溶解鋁濃度(可達微摩爾每升)。然而,對湖泊生物硅在高鋁濃度條件下的結構-成分“響應”一直以來缺乏研究認識,制約了對硅藻生物硅的地球化學行為及其效應的深入理解。

      袁鵬課題組從我國淡水湖泊中采集了代表性種屬的淡水硅藻以提取其生物硅,與在模擬湖泊水體條件下培養所得硅藻的生物硅進行對比研究;運用高分辨微區分析和精細譜學方法,系統研究了湖泊硅藻生物硅中鋁的賦存狀態和含量。研究發現,鋁以類質同象置換硅的形式在硅藻生物硅結構中穩定賦存且含量較高。采用湖泊生物硅沉積率數據測算得出,匯集于湖泊沉積硅藻生物硅中的鋁量堪比海洋沉積硅藻生物硅中的鋁量,從而揭示出湖泊硅藻生物硅是地球的重要“鋁匯”。該研究還指出,湖泊硅藻生物硅的溶解率因其高鋁含量而顯著降低,這可能是湖泊硅藻“生物泵”作用固碳效率高的重要原因。

      鑒于硅藻在全球生物地球化學循環中的重要作用,該研究揭示的“硅藻-礦物基體-溶解鋁”之間的獨特界面反應機制,為研究硅藻驅動的硅-碳-鋁元素循環、硅藻沉積固碳作用乃至硅藻土成礦機制提供了新的依據,對深入理解硅藻生物地球化學行為及其環境效應具有重要意義。




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