目前，汞同位素在物質循環及生物地球化學過程中有重要應用，其具有特殊的地球化學及同位素地球化學性質。相比于其他金屬同位素（如鋅和鐵等元素的同位素），汞在多數生物過程中有著明顯的非質量分餾，其機制主要是光化學還原及甲基化等過程控制，且汞的非質量信號伴隨著汞的遷移而一直保存，是示蹤物質循環的理想工具。在海洋體系中，已有研究表明，海水中具有較負的汞的質量分餾和較大的汞的非質量分餾；而在玄武巖等火山巖中，汞的同位素組成相對均一且沒有汞的非質量分餾信號。因此，汞同位素在研究熱液系統中，金屬元素的物質循環有著重要意義。本項目選取西南印度洋脊兩個典型的硫化物熱液區—玉皇和斷橋熱液區（49°E–52°E）進行研究，玉皇熱液區離洋中脊7.5公里，硫化物主要為閃鋅礦、黃鐵礦以及無定形硅等低溫礦物組合；斷橋熱液區處于洋中脊上，硫化物主要為黃銅礦和顆粒狀黃鐵礦等高溫礦物組合（見圖1）。
通過對兩個熱區硫化物中汞及其同位素的研究發現，斷橋硫化物中汞含量介于346至8121 ng/g之間；玉皇硫化物中汞含量介于435至44035 ng/g之間。同時，兩個熱區中黃鐵礦和閃鋅礦均顯示比黃銅礦更高的汞含量，暗示汞可能取代鐵和鋅進入黃鐵礦和閃鋅礦中。而在汞同位素特征上，玉皇硫化物具有相對大的質量分餾和非質量分餾特征，其中δ202Hg和Δ199Hg變化范圍分別為-1.23至-0.05‰和-0.10至0.20‰；然而，斷橋熱液區以相對較小的質量分餾和無非質量分餾為特征，其中δ202Hg和Δ199Hg分別介于-0.63至-0.12‰和0.02至0.10‰之間。根據前人發表的和海洋相關地質端元數據發現，海水中明顯富集汞的輕同位素和較大的非質量分餾（δ202Hg=-1.8+0.68‰；Δ199Hg=0.14+0.14‰）；而地幔中δ202Hg=-0.23+0.19‰；Δ199Hg=0.02+0.02‰。根據質量守恒定律，研究人員推測斷橋和玉皇硫化物中，海水提供了~5%和~29%的汞，而大部分的汞是來自于玄武巖。
相關成果近期發表在國際地學期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。該成果由國家重點研發計劃和國家自然科學基金面上項目資助。
圖1 西南印度洋洋中脊部分熱液區位置分布圖
圖2 西南印度洋脊斷橋和玉皇熱液區汞循
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