近日，国际地学顶尖期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》在线发表了题为 “Uranium isotopic constraints on the biogeochemistry of methane-seep environments” 的研究成果。苗晓明副教授为论文第一作者，管红香教授和李景瑞副教授为论文通讯作者。该项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室联合西安交通大学、同济大学、辛辛那提大学等多家单位共同完成。

铀及其稳定同位素 (δ²³⁸U) 是示踪海洋氧化还原状态的经典代用指标，厘清不同沉积环境下铀的生物地球化学循环过程与同位素分馏机制，是准确重建地质历史时期海洋氧化还原演化的核心基础。甲烷冷泉作为大陆边缘典型的极端还原环境，伴随甲烷厌氧氧化 (AOM) 过程发生强烈的碳-硫-氧化还原敏感元素耦合循环，但其铀同位素组成特征、分馏控制机制与宿主赋存相长期缺乏系统约束，限制了该指标在古冷泉与古环境重建中的应用。

因此，研究团队以南海海马冷泉沉积物与自生碳酸盐岩为研究对象，通过系统的主微量元素、碳氧同位素与高精度铀同位素体系测试分析，揭示了冷泉环境自生铀的富集特征与主控宿主相，证实碳酸盐岩是冷泉自生铀的核心沉积载体(图1和图2)。研究同时发现，在同一冷泉系统内铀同位素呈现显著的双峰分布模式：硫化环境下的富碳酸盐岩沉积物具有偏重且高于上陆壳的 δ²³⁸U 信号(图2)，符合强还原环境下微生物介导 U (VI) 还原、重同位素优先进入沉积相的核体积效应分馏规律(图3)。而缺氧非硫化(铁化)环境下，自生碳酸盐岩则表现出偏轻且部分低于现代海水的δ²³⁸U信号(图2)，其成因与Fe(II)驱动的非生物 U(VI) 还原过程密切相关(图3)。同时，Fe-Mn 穿梭过程也对孔隙水铀同位素组成产生了影响(图3)。该发现刻画了冷泉系统不同氧化还原微环境的铀同位素分馏路径，填补了其机制的认知空白。

图1冷泉区(ROV1-5A) 和非冷泉区(DS12和DS388)碳酸盐岩及沉积物地球化学特征

图2 铀富集与同位素分馏主控因素的地球化学相关性图解

研究进一步提出，铀同位素可有效区分冷泉系统内硫化、铁化等不同还原微环境，能够有效弥补钼同位素在弱硫化/非硫化环境中示踪能力不足的缺陷。其中，钼-铀同位素联用可实现古冷泉氧化还原状态的精细解析，为古甲烷渗漏事件的识别与强度重建提供全新的地球化学工具。同时，Fe (II)介导非生物铀还原分馏效应，则能够为解读埃迪卡拉纪碳酸盐岩中广泛分布的负δ²³⁸U信号提供新的机制视角，为深化对早期地球海洋氧化还原演化的理解和地质历史时期铁化海洋的非生物还原过程提供重要研究手段。未来可进一步通过成岩作用模拟实验与古老地质记录验证，系统评估成岩改造对碳酸盐岩铀同位素原始信号的保存效应，完善古冷泉铀同位素识别的技术方法体系，为地质历史时期甲烷渗漏事件重建与全球碳-硫-氧化还原协同演化研究提供关键支撑。

图3 冷泉系统铀循环模式示意图

论文信息：Miao, X., Li, J.*, Liu, X., Jia, X., Nan, H., He, Z., Li, J., Guan, H.*, Algeo, T.J., Uranium isotopic constraints on the biogeochemistry of methane-seep environments, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2026. 

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.08.002