シムズを用いた硫黄同位体分析における原位置メタン胚胎堆積物から自生黄鉄鉱の準備

この手順の全体的な目標は、メタン含有堆積物におけるパイライト化の続成歴を理解するために、二次イオン質量分析法により、さまざまな黄鉄鉱世代のIn Situ硫黄同位体組成を分析することです。この方法は、有機砕屑性硫黄還元や硫黄によるメタンの嫌気性酸化など、ピリタゼーションに影響を与える生物地球化学的プロセスを特定するのに役立ちます。これは、同位体分析装置のボックスで解決できるようになりました。この手法の主な利点は、高分解能と高精度であり、これにより黄鉄鉱の硫黄同位体組成をミクロスケールで分析することができました。

SIMSで解析された手順を実演するのは、広州地球化学研究所のSIM研究所の技術者であるQing Yang氏です。まず、堆積物コアの表面を清掃し、ナイフを使用して全長にわたってサンプルのセットを収集します。濡れたサンプルをジッパー付きのビニール袋に個別に詰め、マーカーを使用してラベルを付けます。

続行する準備ができたら、湿った沈殿物サンプルを事前に洗浄したビーカーに移し、摂氏40度のオーブンに24時間置いて乾燥させます。乾燥後、沈殿物を黄鉄鉱凝集体の収集用とバルク硫黄抽出用の2つのアリコートに分けます。400ミリリットルの蒸留水を加えて、沈殿物の1アリコートを2時間柔らかくします。

スラリーを063ミリメートルの文明に移し、蒸留水で沈殿物をふるいにかけ、すべての細かい粒子が市民を通じて洗浄されるようにします。乾いたら、粗いセグメント画分の一部をスライドガラスに置き、スライドを双眼顕微鏡の下に置きます。

20倍の対物レンズに向き直り、黄鉄鉱の凝集体を特定します。識別された黄鉄鉱の骨材を針を使用して厳選し、ジッパー付きのビニール袋に個別に梱包します。乾燥沈殿物サンプルの2番目のアリコートを瑪瑙モルタルを使用して微粉末に粉砕し、さらに大量の硫黄を抽出します。

粉末はジッパー付きのビニール袋に保管してください。双眼顕微鏡で選択した凝集体から代表的な黄鉄鉱チューブをいくつか選択し、黄鉄鉱凝集体の形態学的およびテクスチャーの特徴を調べます。スライドに両面テープを貼り付け、選択した黄鉄鉱チューブをテープの上に置きます。

次に、直径25mmの取り付けチューブをスライドに配置して、すべての黄鉄鉱凝集体を覆います。10ミリリットルのエポキシ樹脂と1.3ミリリットルの硬化剤を室温で混合し、その混合液を取付チューブに注ぎます。次に、スライドと取り付けチューブを真空チャンバーに入れます。

チャンバー内の圧力が0.2バールを下回るまでチャンバーから空気を送り出し、サンプルのすべての細孔空間がエポキシで満たされるようにします。次に、スライドと取り付けチューブをチャンバーから取り出し、エポキシを室温で12時間硬化させます。エポキシが硬化したら、固定された9マイクロメートルのダイヤモンドメッシュパッドで黄鉄鉱のチューブを手作業で挽き、黄鉄鉱の粒子が露出するまで挽きます。

次に、黄鉄鉱の粒子を手で研磨して、滑らかで平らな表面を作り出します。黄鉄鉱の形態とテクスチャーを、反射光顕微鏡で200倍の倍率で3mmの作動距離で観察します。岩石学的研究後、さまざまな堆積物サンプルから、特徴付けられた結晶性を持つ代表的な黄鉄鉱凝集体を選択します。

そして、それらを両面テープに貼り付けます。次に、25mmマウントの中心から5mm以内にサンプルを配置し、エポキシを添加します。エポキシ樹脂が硬化した後、固定された9マイクロメートルのダイヤモンドメッシュパッドでディスクを希望のレベルまで手作業で挽き、黄鉄鉱粒子が露出するようにします。

以前と同様に、エポキシディスクを手作業で研磨し、5マイクロメートル、3マイクロメートル、1マイクロメートルのダイヤモンドパッドを使用して滑らかで平らな表面を作り出します。次に、エポキシディスクの表面を脱イオン水で洗浄し、続いてエタノールで洗浄します。反射光顕微鏡で200倍の倍率と3mmの作動距離でサンプルを観察します。

より倍率を上げるには、電子顕微鏡を使用してサンプルと画像を金でコーティングします。SIMS分析では、セシウム一次イオンビームを使用して、黄鉄鉱の硫黄同位体比を測定します。セシウム一次イオンビームを15マイクロメートル×10マイクロメートルのスポットに10キロボルトのエネルギーで集束させ、2.5ナノアンペアの電流で

黄鉄鉱凝集体の同定は、最適な黄鉄鉱面を見逃さないように十分に大きくする必要があります。さらに、自然界で得られた同位体が代表的であることを確認するために、十分な数のスポットを分析することをお勧めします。3つのファラデーカップ検出器のそれぞれに60マイクロメートルの入口スリット幅と500マイクロメートルの出口スリップ幅を持つマルチコレクターモードでの硫黄-32、硫黄-33、および硫黄-34の同時測定には、3つの軸外ファラデーカップを使用します。

硫黄同位体分析と自動シーケンスを実行し、各分析は30秒のプレスパッタリング、60秒の二次イオン自動センタリング、160秒のデータ取得と硫黄同位体シグナルの統合で構成されます。ソノラ黄鉄鉱を標準試料として、5〜6サンプルごとに一定の間隔で分析します。堆積物から手摘みされたほとんどの黄鉄鉱骨材は黒色で、長さは3〜8ミリメートル、直径は0.2〜0.6ミリメートルの管状です。

黄鉄鉱管のこれらの縦方向の断面は、典型的な中空の内部とさまざまな壁の厚さを示しています。二次イオン質量分析法で分析すると、浅いゾーンで見られる黄鉄鉱は主にフランボイドであり、硫黄-34で枯渇しています。一方、硫黄-34が豊富な過剰成長とユーヘドラル結晶は、より深いゾーンに豊富にあります。

クロム還元性硫黄含有量の量は、ここに示すサンプルのゼロ重量パーセントから0.98重量パーセントの範囲です。海底から50センチメートル未満では、サンプルは0.44重量パーセントの主値付近で小さな変動を示しています。また、海底下490センチメートルの地点には0.98重量パーセントのピークと、海底から590センチメートルの地点には0.78重量パーセントの2つのピークが存在する。

ここでは、デルタ硫黄-34中の3種類の黄鉄鉱の硫黄同位体組成、クロム還元性硫黄含有量の値、および厳選された黄鉄鉱凝集体を示しています。グラフの影付きの部分は、硫酸塩によるメタンの嫌気性酸化の影響を受ける領域を示しています。破線は、有機砕屑物の還元によって支配されていることが示唆されている左側のゾーンと、メタンの硫酸塩による嫌気性酸化によって支配されていることが示唆されている右側のゾーンを分離しています。

このビデオを見れば、SIMSを使用した研究所の硫黄同位体分析のために、薄いベアリング堆積物からオルソジェニック黄鉄鉱を調製する方法を十分に理解できるかもしれません。この手順に従うと、硫黄同位体分析に必要な黄鉄鉱材料サンプルはわずかであり、数分で結果を取得できるため、従来のバルク硫黄同位体分析よりもはるかに効果的です。このアプローチは、現代の海洋堆積物の続成作用中に発生する黄鉄鉱の高揚配列を再構築するための高感度ツールとして役立ちます。

さらに、データが不足している場合に、鉱物形成に関するさまざまな生物地球化学的プロセスの結果を目指す古代の堆積シーケンスも対象とする必要があります。