臺大海研所范嵐楓博士與林曉武副教授等，在Deep Sea Research Part I, 2018年8月V.138期刊上發表一篇探究在富含甲烷環境中自生黃鐵硫的形成與保存。研究中發現在富含甲烷之環境有大約50％硫酸鹽是以黃鐵硫保存在沉積物中，埋藏效率為一般海洋環境10倍。並根據硫酸鋇沉澱模型計算，黃鐵硫富集時間約為4400年。
硫酸鹽還原作用可經由異化硫酸鹽還原作用(dissimilatory sulfate reduction, DSR)或厭氧甲烷氧化-硫酸鹽還原作用(anaerobic oxidation of methane coupled with sulfate reduction, AOM-SR)進行, 並以黃鐵礦物為最終產物。AOM-SR是氧化及限制甲烷進入海洋的重要過程，但有關黃鐵礦物在富含甲烷環境下形成和保存的研究不多。本研究以永安海脊甲烷滲漏區域為例，研究黃鐵礦物在富含甲烷環境中的形成和保存，並比較與其在一般缺氧環境中形成的差異。本研究採樣以海研一號活塞採樣器採得研究區域沉積物岩心樣品，分析沉積物間隙甲烷、間隙水硫酸鹽、溶解硫化氫、鋇離子，與沈積物黃鐵硫，鋇/鋁比和有機碳含量。
結果顯示在甲烷優勢的環境中黃鐵礦物形成受甲烷移棲控制。黃鐵硫濃度與甲烷通量整體呈現線性相關，進入硫酸鹽-甲烷過渡區(sulfate methane transition zone, SMTZ)的甲烷愈多，在SMTZ沉積物中形成和保存的黃鐵礦物就愈多。相較在SMTZ較淺的站位，因甲烷可直接釋放到上層水中，較少貢獻於黃鐵硫的形成。海洋環境中有機碳濃度低且富含甲烷的環境所發現之黃鐵硫，來自DSR的自生黃鐵硫僅佔一小部分，絕大部分黃鐵硫來自AOM-SR。在研究區域沉積物中硫酸鹽還原速率、黃鐵硫和甲烷濃度呈現很大的空間變異。SMTZ的深度變化介於1到14米之間，且與甲烷通量呈對數函數正比。間隙水硫酸鹽濃度隨深度呈現線性、上凹、下凹三種不同類型趨勢，顯示甲烷通量隨時間而變動。
黃鐵硫在甲烷賦存環境埋藏效率很高，進入SMTZ的硫酸鹽大約有50％以黃鐵硫保存在沉積物中。經由AOM-SR埋藏的效率遠高於正常海洋沉積物中DSR形成的黃鐵硫。在SMTZ內深處產生的AOM-SR和黃鐵硫形成有利於黃鐵硫的保存。根據硫酸鋇沉澱模型計算，在永安海脊區域沉積物中黃鐵硫形成的時間約為4400年。
延伸閱讀
- Fan, L., S. Lin, C.-W. Hsu, I.-T. Tseng, and K. M. Huang. Formation and preservation of authigenic pyrite in the methane dominated environment” Deep-Sea Research Part I, 2018 (8), 138, 60–71.
- Egger, M., N. Riedinger, J. M. Mogollon, and B. B. Jorgensen. Global diffusive fluxes of methane in marine sediments. Nat. Geosci., 2018, 11, 421-425.
圖七、甲烷賦存環境中黃鐵礦物蓄積概念圖(A)，與N6測站呈現硫酸鋇、黃鐵硫的最大濃度的相對位置，與間隙水硫酸鹽，鋇離子和甲烷垂直分佈之理想模型圖。N6、24、26和21為樣站編號，黑色箭頭表示甲烷通量的相對大小，暗色陰影區域的白色箭頭為黃鐵硫蓄積量，點陰影區為硫酸鋇堆積區，暗色陰影區為黃鐵硫蓄積區。 灰色陰影區域為硫酸鹽甲烷過渡區的下限，氣泡表示甲烷氣體由永安海脊頂部進入水層。（from Fan et al., DSR I, 2018）
