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Preparación de pirita autígena de sedimentos de metano-cojinete para In Situ las análisis de isótopos de azufre en usar SIMS

doi: 10.3791/55970 Published: August 31, 2017

Summary

Análisis de la composición isotópica del azufre (δ34S) de pirita de los sedimentos portadores de metano han centrado típicamente en las muestras a granel. Aquí, hemos aplicado la espectroscopía de masas de iones secundarias para analizar los valores δ34S de varias generaciones de pirita para entender la historia diagenéticas de pyritization.

Abstract

Composiciones de isótopos diferentes de sulfuro de pirita autígena típicamente el resultado de la oxidación anaerobia del metano basada en sulfato (SO4- ADM) y organiclastic sulfato reducción (OSR) en sedimentos marinos. Sin embargo, desentrañar la compleja pyritization secuencia es un reto debido a la coexistencia de diferentes fases secuencialmente formado Pirita. Este manuscrito describe un procedimiento de preparación de muestra que permite el uso de espectroscopía de masas de iones secundarios (SIMS) para obtener en situ δ34S valores de varias generaciones de Pirita. Esto permite a los investigadores a limitar cómo así4- ADM afecta pyritization en sedimentos de rodamiento de metano. Los SIMS el análisis reveló una gama extrema en valores de34S δ, que abarca desde la-41.6 a + 114.8‰, que es mucho más amplio que el rango de valores de34S δ obtenidos por el análisis de isótopos de azufre a granel tradicionales de las mismas muestras. Pirita en el sedimento superficial consiste en principalmente el 34framboids S-agotado, lo que sugiere la formación temprana de diagenéticas de OSR. Más profundo en el sedimento, más Pirita ocurre como overgrowths y definido los cristales, que muestran mucho SIMS δ34S los valores más altos que los framboids. Tal 34S enriquecido Pirita se relaciona con mayor SO4- ADM en la zona de transición de metano sulfato postdating OSR. Alta resolución en situ SIMS azufre isótopo análisis permiten la reconstrucción de los procesos de pyritization, que no puede resolverse mediante análisis de isótopos de azufre a granel.

Introduction

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Las emisiones de metano de los sedimentos son comunes a lo largo de márgenes continentales1,2. Sin embargo, la mayor parte del metano en áreas de filtración difusora es oxidada a expensas de sulfato dentro de los sedimentos, un proceso conocido como SO4- ADM (ecuación 1)3,4. La producción de sulfuro durante este proceso comúnmente resulta en la precipitación de Pirita. También, OSR también conduce a la formación de pirita liberando sulfuro (ecuación 2)5.

CH4 + H2O (1), así que42 – → capítulo + HCO3

2CH2oh + tan42 → H2S + 2HCO3 (2)

Ha sido encontrado eso sulfuro autígena en el metano sulfato de transición (SMTZ) revela alta δ34S los valores de zona, que fue sugerido para ser causado por mayor SO4- ADM en áreas de filtración6,7, 8. Por el contrario, pirita inducida por OSR comúnmente muestra menor δ34S valores9. Sin embargo, es difícil identificar las generaciones diferentes Pirita inducidas por estos procesos (es decir, OSR y SO4- ADM) si sólo se utiliza una medición de isótopos de azufre a granel, desde sucesivamente formado interfingering generaciones de pirita se caracterizan por composiciones isotópicas diferentes. Por lo tanto, la microescala en situ análisis de isótopos de azufre es necesaria para mejorar nuestra comprensión del real mineralizante procesos10,11,12. Como una técnica versátil para el análisis de isótopo en situ , SIMS requiere sólo unos nanogramos de la muestra, lo que provocó su designación como una técnica no destructiva. Un haz de iones primario farfulla el blanco, causando la emisión de iones secundarios que posteriormente son transportados a un espectrómetro de masas para medir13. En un temprano azufre en situ análisis de isótopo aplicación de SIMS, Pimminger et al analizaron con éxito los valores de34S δ en galena utilizando un 10-30 μm de diámetro de la viga14. Este enfoque se ha aplicado cada vez más para el microanálisis de las composiciones isotópicas del azufre en sulfuros, con mejoras significativas en las ambos medición precisión y resolución11,12,13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. Pirita con varios atributos morfológicos y patrones de isótopos estables de azufre distintas se ha divulgado de escurrirse y no filtre ambientes21,22,23,24. Sin embargo, al mejor de nuestro conocimiento, antes de nuestras recientes SIMS estudio6, sólo un estudio utilizó la en situ análisis isotópico de pirita de seep entornos del sulfuro y revelaron variabilidad de isótopos de azufre grande en Pirita biogénicas25.

En este estudio, se aplicaron las SIMS para analizar los valores δ34S de diferentes generaciones de pirita autígena desde un sitio de filtraciones en el mar de China del sur, que permitió para la discriminación de la microescala de OSR - y SO4- ADM-derivados Pirita.

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Protocol

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1. colección de muestras de un núcleo de sedimento

Nota: la base HS148 se obtuvo de un sitio cerca del hidrato de gas perforar la zona en el área de Shenhu, mar de China meridional, durante un crucero de la R/V Haiyang Sihao en 2006.

  1. Cortar la base del pistón (aquí HS148) en secciones a intervalos de 0,7 m de la parte superior hasta la parte inferior (a bordo del buque) y transferencia de las secciones de una cámara fría (4 ° C) para almacenamiento después de la recuperación.
  2. Transferir las secciones de base en una cámara fría (4 ° C) en el laboratorio en tierra para el almacenamiento después del crucero. Sacar las secciones de la sala fría y usar una sierra para cortarlas en mitades a lo largo.
  3. Limpiar la superficie del sedimento y recoger un conjunto de muestras de sedimentos (15 cm de longitud, 1/4 de la base de sedimento) en toda la longitud con un cuchillo. Empacar las muestras húmedas individualmente en bolsas de plástico con cierre y etiqueta con un marcador de.
  4. Colocar las muestras de sedimento húmedo (~ 30 g) en vasos previamente limpiados y secado a 40 ° C en un horno de secado por 24 h. Después del secado, separar los sedimentos en dos alícuotas: una para la colección de agregados de pirita (es decir, Pirita autígena) y el otro para la extracción de azufre a granel (ver paso 3).
  5. Poner una alícuota de sedimento seco en vasos de precipitados y agregar agua destilada para suavizar el sedimento durante 2 h. transferencia de la mezcla (incluyendo los sedimentos y agua en el vaso) a un tamiz de 0.063 mm lavado con agua destilada.
    1. Tamizar el sedimento con agua destilada para que todos los finos granos (< 0,063 mm) son lavados a través de. Recoger la fracción gruesa (por ejemplo, granos de cuarzo, conchas y minerales autígena) en vasos de precipitado y secado a 40 ° C en un horno de secado de 24 h.
  6. Algunas de las fracciones del segmento grueso colocar sobre un portaobjeto bajo el microscopio binocular (20 aumentos). Identificar los agregados de pirita de la fracción gruesa. Dedazo de tales agregados de pirita utilizando una aguja y embalarlas individualmente en bolsas de plástico con zipper.
    Nota: La mayoría de los agregados de pirita es color negro y tubo en el forma.
  7. Pulverizar una segunda alícuota de la muestra de sedimento seco en un polvo fino (< 0,074 mm) utilizando un mortero de ágata para más extracción de azufre a granel (ver paso 3).

2. Observación de morfología Variable

  1. seleccionar tubos algunos Pirita representativa de los agregados de pirita cuidadosamente seleccionados bajo un microscopio binocular (20 aumentos) para la preparación de la sección gruesa examinar los morfológicas y texturales características de los agregados de Pirita.
  2. Pegar cinta de doble cara en un portaobjetos y colocar los tubos de pirita seleccionado en la cinta. Poner un tubo de montaje (25 mm de diámetro) en la diapositiva para cubrir todos los agregados de Pirita. Mezclar 10 mL de epoxy de la resina con 1,3 mL de catalizador a temperatura ambiente y vierta el líquido de mezcla en el tubo de montaje.
    1. Lugar la diapositiva y el montaje del tubo en una cámara de vacío. El aire de la cámara hasta que la presión en la cámara de la bomba está por debajo de 0,2 bar, para que se llenen todos los espacios de poro de las muestras con resina epóxica. Mover la corredera y el tubo de montaje de la cámara y dejar que el epoxi cure a temperatura ambiente durante 12 h.
    2. Después de que el epoxi haya curado, mano-moler la pirita tubos en un diamante de 9 μm fija, mesh pad hasta que los granos de la pirita. Pulimento de la mano los granos de pirita para producir una superficie lisa y plana, con 5, 3 y 1 μm diamantes sucesivamente.
  3. Observar la morfología y la textura de la pirita bajo un microscopio de luz reflejada con 200 aumentos, con una distancia de trabajo ~ 3 mm.
  4. Realizar petrográfico observación bajo un microscopio de luz reflejada 6 y luego la capa de las secciones de espesor con una capa de 25 nm de carbono. Examinar sus características morfológicas y texturales con un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo termal de la proyección de imagen secundaria del electrón y el electrón retrorreflejada modos 6 , 19.
    Nota: Este paso se realizó en la escuela de Ciencias de la tierra e ingeniería geológica, Universidad de Yat-sensor del sol.

3. A granel análisis de isótopos de azufre

Nota: el azufre total (como sulfuros) se extrajo como sulfuro de hidrógeno a través de extracción secuencial química húmeda 26 , 27 en los Institut für Geologie und Paläontologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster.

  1. Lugar 4 g de la muestra seca en polvo o 10 mg de pirita agregados cada frasco en matraces de fondo redondo y añadir 10 mL de etanol en cada matraz como catalizador.
    1. Zinc Prepare solución de ácido acético acetato (3%) en un frasco de vidrio de 500 mL para atrapar el sulfuro de hidrógeno. Conectar el matraz que contiene el acetato de zinc al matraz que contiene la muestra. Compruebe las conexiones de los frascos y drene el nitrógeno en los frascos para eliminar el aire.
  2. Inyectar 20 mL de solución de ácido clorhídrico (25%) de los matraces de fondo redondo con una jeringa para liberar el ácido volátil (mono) sulfuros (AVS) de la muestra, las muestras de reaccionar por 1 h a temperatura ambiente.
    Nota: Aquí, el análisis reveló que no AVS estaba presente en las muestras estudiadas.
  3. Inyectar 30 mL de solución de 2 CrCl de 1 M en los matraces de fondo redondo cuando la anterior reacción se ha completado, las muestras de reaccionar durante 2 h a 85 ° C.
    Nota: Cromo sulfuro reducible (CRS, pirita) se reduce a sulfuro de hidrógeno (H 2 S) después de la reacción y se precipita como sulfuro del cinc en la trampa de acetato de zinc.
  4. Transferencia de todas las soluciones que contienen sulfuro de zinc precipita a vasos y convertir los precipitados de sulfuro de cinc sulfuro de plata (Ag 2 S) mediante la adición de una solución de 0.1 M AgNO 3 en los vasos. Coloque los vasos en la placa de calentamiento y calentar a 90 ° C para que finamente diseminada Ag 2 S coagula mejor.
    1. Collect Ag 2 S precipitados por filtración (< 0.45 μm) después de que la solución se enfríe a temperatura ambiente y secar el filtrado durante la noche a 40 ° C.
  5. Pesan 200 μg de Ag 2 S precipita y se mezcla con una cantidad igual de V 2 O 5 tazas de lata. Tienen la composición de azufre analizada en forma 2 moléculas mediante combustión usando un espectrómetro de masas conectado a un analizador elemental (EA-IRMS) 6.
    Nota: El paso anterior fue realizado en el Institut für Geologie und Paläontologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster.

4. In Situ Análisis de SIMS

  1. Seleccione representante pyragregados de ITE con hábitos de cristal caracterizado (por ejemplo, framboids, overgrows y cristales definido) de muestras de sedimentos diferentes después de estudio petrográfico. Palillo de la pirita seleccionada agregados y trozos de pirita Sonora estándar a la cinta de doble cara. Molde de 5 mm del centro de un montaje de 25 mm epoxi.
    Nota: El proceso de producción del disco de epoxy es el mismo que en el paso 2.2.
    1. Después de que el epoxi haya curado, mano-grind el disco en una malla de diamante fijo 9-μm del cojín al nivel deseado así Pirita granos están expuestos. Pulimento de la mano los discos de epoxy para producir una superficie plana, sucesivamente con 5, 3 y 1 μm diamantes, que se requiere para el análisis de la relación de isótopos de alta precisión por SIMS 28.
  2. Limpiar la superficie del disco de epoxy con agua desionizada y etanol. Coloque el disco de epoxy en una máquina de capa de oro y capa las secciones superficie secas con una capa de 25 nm de oro.
    1. Observe la muestra otra vez debajo de un microscopio electrónico de barrido en 1.000 X aumentos, con una distancia de trabajo de 9 mm, para seleccionar puntos caracterizadas con hábitos diferentes de cristal (por ejemplo, framboids, overgrows y cristales definido) para los SIMS Análisis.
      Nota: Resolución espacial alta análisis de isótopos de azufre de SIMS se aplicó para mostrar la variabilidad de isótopos de azufre de los tipos de pirita diferentes.
  3. SIMS realizar análisis 15 , 16.
    Nota: Se realiza en el laboratorio de SIMS de la Instituto de Guangzhou de geoquímica, Academia China de Ciencias. Haz de iones primario
    1. uso un Cs + para medir las proporciones de isótopos de azufre (34 S / 32 S) de Pirita. Enfocar la viga de ion primaria Cs + en una 15 μm × 10 μm spot a una energía de 10 kV, corriente de 2,5-nA. Utilizar tres tazas de Faraday fuera de eje para la medida simultánea de 32 S, 33 S y 34 S en modo de colector múltiple, con una ancho de 60 μm de abertura de entrada y una salida Rajar anchura de 500 μm de cada uno de los tres taza de Faraday detectores de.
  4. Llevar a cabo análisis de isótopos de azufre en secuencias automatizadas, con cada análisis que consta de 30 s de la farfulla, 60 s del ion secundario automatizado centrado y 160 s de adquisición y azufre isótopo señal integración de datos (ciclos de 40 × 4 s).
    1. Sonora analizar Pirita como un estándar en regular intervalos, cada análisis de muestra de 5-6.
      Nota: Ver Chen et al. 19 para instrumento parámetros y métodos analíticos más.

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Representative Results

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Expresión de datos - isótopos de azufre a granel:

La proporción de isótopos de azufre a granel se expresa en lo referente a la Viena Canyon Diablo Troilite (V-CDT) estándar, y la precisión analítica es mejor que ±0.3‰. Las medidas de isótopos de azufre fueron calibradas con materiales de referencia internacional: OIEA-S1 (δ34S = - 0.30‰), OIEA-S2 (δ34S = - 21.55‰), OIEA-S3 (δ34S = - 31.4‰) y 127 de la NBS (δ34S = 20.30‰).
Equation

Expresión de datos - isótopos de azufre de los SIMS:

Mide la proporción de 34S /32S de análisis de los SIMS se normalizan con el estándar V-CDT y se calculan como valores de34S δ "cruda" siguiendo la notación delta estándar:
Equation

El factor de corrección de (α) el sesgo instrumental de los valores de34S δ para las mediciones de la pirita se calculó utilizando los valorescrudos de34S de δ de los análisis de sucesión de Sonora Pirita1734S = + 1.61‰), como a continuación:
Equation

Los valores de34S δ de las muestras están calibrados con los valores δ mide34S y el factor de corrección (α), como sigue:
Equation

Resultados:

Más agregados de pirita recogidos a mano del sedimento son color negro y tubulares en forma, variando de 3 a 8 mm de longitud y 0.2 a 0.6 mm de diámetro (figura 1). Los agregados de pirita consisten principalmente de tres tipos de pirita, con morfologías diferentes: (1) framboids, (2) crecimiento excesivo capas que rodean los núcleos framboidal y cristales (3) definido. En el sedimento superficial por encima de una profundidad de cmbsf 483, pirita mayoría ocurre como framboids, mientras que capas de crecimiento excesivo y definido cristales abundantes a mayor profundidad, que refleja un cambio de hábitos del cristal de Pirita con profundidad (figura 2).

El CRS total contenido oscila entre 0.0 wt.% y wt.% 0.98 (n = 29). Por debajo de 50 cmbsf, presenta menores fluctuaciones en el valor medio (0.44 wt.%) y dos picos distintos de 0.98 wt.% en 490 cmbsf y 0,78 wt.% en 590 cmbsf6 (tabla 1 y Figura 3A). Los valores δ34SCRS caen entre-40.5 y + 41.0‰ (n = 28) y los valores depy de34S δ de la gama de pirita recogido a mano de-37.6 a + 52.7‰ (n = 28)6 (figura 3B). Arriba cmbsf 483, tanto δ34SCRS y δ34Spy mostrarán los valores de una tendencia similar, lo que refleja un aumento casi lineal con la profundidad. Más abajo, dos grupos claramente diferentes de los valores δ34SCRS se observan, uno que refleja una merma notable 34S, con valores entre -34 - 27‰ y un segundo grupo con δ alto34SCRS valores, que van desde -8 a + 41‰. Por el contrario, todos los agregados de pirita cosechadas exhiben exclusivamente valores de34S δ positivo (> + 20‰), revelando enriquecimiento 34S comparado con el azufre del sulfuro total (hasta 75‰) (figura 3B).

Agregados de pirita del sitio HS148 de pantalla extremadamente variable en situ δ34S valores entre-41.6 y + 114.8‰ (n = 81), reflejando una gama general de 156.4‰6 (tabla 2 y figura 3B). Estos datos de SIMS revelan un similar abajo tendencia central, como los valores δ34S de CRS y de agregados de Pirita. CRS y pirita agregados son subsumidos y contemplados como Pirita a granel a continuación. Por encima de 500 cmbsf, tanto en situ a granel Pirita δ34S los valores y reflejan agotamiento 34S (tan bajo como - 41.6‰). Con el aumento de profundidad (por debajo de 500 cmbsf), los valores de34S δ SIMS revelan extrema 34S enriquecimiento (hasta + 114.8‰), mientras que el valor más alto de34S δ de a granel Pirita sólo alcanza + 52.7‰. Por otra parte, todos overgrowths y definido cristales muestran mayor δ34S valores de pirita a granel, y la mayoría de los framboids muestra valores inferiores de S de34δ. Los valores δ34S en diferentes tipos de pirita revelaron una variabilidad más de 100‰ en tubos single-Pirita.

Figure 1
Figura 1. Morfologías típicas de pirita autígena. (A) tubos de pirita de varios tamaños, de sedimentos. (B) tubos de pirita; Micrografía de SEM. (C y D) Perfiles longitudinales de los tubos de pirita, con huecos interiores y espesores de pared diferentes; fotografías de luz reflejada. Esta figura ha sido modificada de Lin et al. 6. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2. Composición isotópica en agregados de pirita de azufre. Se analizaron los valores de34S δ ‰ versus V-CDT por spectrometry total de ion secundario; lugares de puntos correspondientes están indicados en las Microfotografías de luz reflejada (ver círculos rojos). (A-D) Agregados de pirita típica, de poco profundos a profundos sedimentos. La mayoría de la pirita en (A) es framboidal y empobrecido en 34S, mientras que abundan overgrowths y cristales definido enriquecidas 34S en (B-D). La escala en (D) es el mismo para todas las fotografías. Esta figura ha sido modificada de Lin et al. 6. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3. Las composiciones isotópicas contenido y azufre de los minerales de sulfuro en el sitio HS148. (A) contenido CRS; (B) valores de34S δ SIMS de los tres tipos de Pirita y δ los valores34S de CRS y agregados de pirita recogidos a mano. La línea discontinua que separa una zona a la izquierda, sugerido para ser dominada por OSR, y una zona a la derecha, sugirió a ser dominado por SO4- ADM. El área sombreada se refiere a la zona afectada por SO4- ADM. Esta figura ha sido modificada de Lin et al. 6. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Profundidad (cmbsf) CRS (wt.%) Δ34SCRS (‰ V-CDT) Δ34SPirita (‰ V-CDT)
0-20 0 - -
35-50 0.15 -40.5 -
65-80 0.48 -39.3 -37.6
95-113 0.39 -39.4 -
113-133 - - -
133-148 0,41 -37.3 -
148-163 0,46 -36.5 -
163-178 - - -35.2
183-203 0.47 -35.6 -29.4
218-233 0,56 -33.9 -
253-273 - - -
273-288 0.49 -33.2 -
288-303 - - -32
303-318 0.5 -33.2 -
323-343 - - -24.5
343-358 0.44 -31.8 -
358-373 0.6 -29.7 -22.2
393-413 - - -
413-428 0.51 -23.9 -14.2
428-443 0,63 -21.5 -11.3
443-458 0,41 -22.5 -18.9
463-483 0,56 -20.4 -15,2
483-498 0.98 2.2 30.4
498-513 0.4 -2.6 36.4
513-528 0.49 9.5 25.2
533-553 0.37 -30.7 -
553-568 0.24 -33.2 38.7
568-583 0.47 -2.1 38.6
583-598 0,78 41 52,7
603-623 0.21 -34.1 -
623-638 0.38 -26.9 35,6
638-653 0.43 -8.3 -
653-668 0.27 -29.1 -
683-698 0.3 -30.2 44.9
699-719 0.27 -28 -

Tabla 1. Contenido de la composición isotópica de CRS y azufre. Contenido de la composición isotópica CRS y azufre de CRS y agrupadas, recogido a mano las muestras de pirita en el sitio HS1486.

Profundidad (cmbsf) Δ34S (‰ V-CDT) 2SD Tipo de pirita
113-133 -35.9 0.1 F
113-133 -37.4 0.1 F + O
113-133 -36 0.13 F
113-133 -37.3 0.07 F + O
113-133 -36.6 0.11 F
113-133 -35.9 0.11 F
113-133 -36.8 0.1 F
113-133 -37.7 0.13 F
113-133 -36.1 0.02 F + O
113-133 -35.9 0.11 F
113-133 -36 0.1 F + O
113-133 -35.8 0.12 F
253-273 -39.4 0.12 F
253-273 -40.6 0.03 F + O
253-273 -33.6 0.09 F
253-273 -40.1 0.14 F
253-273 -32.7 0.17 F + O
253-273 -33 0.08 F + O
253-273 -36.9 0.08 F
443-458 -33 0.11 F
443-458 -34.8 0.1 F
443-458 -41.6 0.05 F
443-458 -34.8 0.15 F
443-458 -11.9 0.25 F + O
443-458 -29.5 0.05 F
443-458 -13.8 0.23 F + O
498-513 38.6 0.35 F
498-513 98.6 0.26 O
498-513 67,5 0.09 F
498-513 99.6 0.15 O
498-513 93,6 0.25 O
498-513 95.5 0.02 O
49
8-513 49.6 0.19 F 498-513 100.8 0.06 O 498-513 61.7 0.08 F 498-513 73,6 0.2 O 568-583 110.2 0.04 E 568-583 90 0.19 E 568-583 97.1 0.27 E 568-583 75.1 0.2 E 568-583 -27.7 0.07 F 568-583 42.8 0.23 O 568-583 103.3 0.16 E 568-583 13.3 0.32 F 568-583 -15.5 0.18 F 568-583 -40.5 0.02 F 568-583 20.3 0.15 F 568-583 -18.4 0.06 F 568-583 16.5 0.1 F 568-583 14.5 0.18 F 583-598 107.4 0.16 O 583-598 26.8 0.17 F 583-598 100.6 0.14 O 583-598 95.8 0.14 O 583-598 90.9 0.02 O 583-598 85.2 0,46 F + O 583-598 79,2 0.07 F + O 583-598 103.8 0.3 O 583-598 53.3 0.26 F 583-598 48.9 0.15 F 583-598 114,8 0.32 E 583-598 109,9 0.45 O 583-598 72,9 0.23 F + O 583-598 11.6 0.1 F 583-598 19.2 0.3 F 583-598 49.1 0.18 F + O 583-598 26.4 0.45 F 583-598 110.3 0.4 O 623-638 66.9 0.23 F + O 623-638 80.3 0.03 F + O 623-638 55.3 0.24 F + O 623-638 14.9 0.24 F 623-638 33.5 0.12 F 623-638 62,8 0.04 F + O 623-638 60,5 0.29 F + O 623-638 -31.4 0.04 F 623-638 -33.7 0.03 F 623-638 -20.6 0.05 F 623-638 -15.9 0.03 F 623-638 -31.5 0.12 F 623-638 -33.2 0.12 F Incertidumbre δ34S es 2 (desviación estándar).

Tabla 2. In Situ Composición de los isótopos de diferentes tipos de pirita de azufre. In situ de azufre isotópico composición de diferentes tipos de pirita, analizados por spectrometry total de ion secundario en el sitio HS148. F = framboid, O = crecimiento excesivo, E = cristal definido, F + O = mezcla de framboid y crecimiento excesivo6.

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Discussion

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El análisis de isótopos de azufre de la pirita es un enfoque útil y puede ayudar en la identificación de los procesos biogeoquímicos que afectan pyritization. Sin embargo, si se aplicación el análisis de isótopos de azufre a granel, las firmas de isótopos de azufre obtenida comúnmente representan señales contradictorias, como agregados de pirita sedimentaria consisten en típicamente múltiples, cerca interfingering generaciones. Aquí, presentamos un método (es decir, los SIMS análisis) para analizar la en situ de azufre isotópicos composiciones de varias generaciones de pirita en la escala micro. Los pasos críticos en este protocolo son: (1) la selección de las generaciones de pirita bien caracterizado de profundidades de sedimento diferentes (por ejemplo, granos de framboids y overgrowths definido); (2) la identificación de pirita agregados suficientemente grande (> 20 μm) para el análisis de los SIMS, para evitar la mezcla de distintas fases destaca; y (3) el análisis de un número suficiente de puntos (es decir, al menos 10 puntos por muestra, si es posible), para asegurar que los patrones de isótopos obtenidos son representativos, que refleja las condiciones ambientales durante la formación de Pirita.

En este estudio, se aplicaron las SIMS para analizar los situ δ34S valores de varias generaciones de Pirita con morfologías diferentes, incluyendo framboids y overgrowths granos definido. Además, los valores de34S δ a granel de la CRS total y agregados de pirita cosechadas (> 0,063 mm) en el sedimento también se determinó por comparación. Es obvio que los valores de34S SIMS δ cubren una gama mucho más amplia (de-41.6 a + 114.8‰) que los de pirita a granel. Partir del análisis de los SIMS, llega a ser evidente que 34S-agotado framboids son especialmente abundantes en el sedimento superficial (es decir, por encima de cmbsf 483), que también se registra por el agotamiento de 34S de pirita a granel. Tales patrones de isótopos de azufre indican que OSR es el dominante proceso diagenéticos en el sedimento superficial en el área de estudio6,9.

Con el aumento de profundidad (es decir, por debajo de cmbsf 483), análisis de pirita en situ y granel rindieron δ alto34S valores, como los valores extremadamente altos SIMS δ34S (alto como + 114.8‰). Es interesante notar que algunas zonas individuales, con el aumento sincrónico del CRS contenido y δ34SCRS valor, pueden ser identificados a lo largo de la columna de sedimentos (ver las flechas en la figura 3). Ese aumento sincrónico se atribuye a la formación de progresivamente 34enriquecido S sulfuro de hidrógeno SO4- ADM en una paleo-SMTZ6,8,23. Además, debajo de cmbsf 483, los valores de34S δ de SIMS de overgrowths radial y definido cristales son sistemáticamente superiores a los de framboids. El aumento en los valores δ34S a lo largo de un transecto del núcleo framboidal a las capas de crecimiento excesivo y cristales definido dentro de agregados de pirita individuales es mejor explicado por el crecimiento posterior de más adelante generaciones de pirita derivada de SO4 - ADM en framboids inicial derivado de OSR en profundidades someras6. Tan gran variabilidad en los valores δ34S de generaciones diferentes Pirita revela una compleja historia diagenéticas de pyritization, que no puede resolverse mediante análisis de isótopos de azufre a granel tradicionales.

Los SIMS es una técnica versátil para el análisis de isótopo en situ , pero algunos factores limitan aún su aplicación más amplia. Por ejemplo, es un reto, si no imposible, aplicar SIMS a minerales con un diámetro de cristal más pequeño que la resolución espacial de este método (~ 10 μm)15,16. Además, SIMS puede utilizarse para analizar la composición isotópica de un mineral si un mineral correspondiente estándar (el mismo mineral con una composición isotópica conocida) es disponible14,15.

En nuestro estudio de pirita autígena de sedimentos de metano-cojinete, resolución espacial alta análisis SIMS demostró su potencial para distinguir los efectos de la OSR y SO4- ADM en pyritization. Este enfoque analítico puede servir como una herramienta sensible para reconstruir la secuencia de pyritization que se desarrollaron durante la diagénesis de sedimentos marinos. Futuras aplicaciones de este protocolo también deben dirigir secuencias sedimentarias antiguas, con el objetivo de resolver los efectos de diferentes procesos biogeoquímicos en la formación de minerales cuando se carecen de datos de agua de poro.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Esta investigación fue financiada conjuntamente y apoyado por la Fundación de Ciencias naturales de China (no. 91128101, 41273054 y 41373007), el proyecto de estudio geológico de China para la exploración de recursos de hidrato mar de China meridional Gas (no. DD20160211), fondos de investigación para las universidades (Nº 16lgjc11) de la Central, y Guangdong Provincia universidades y colegios río Perla académico financiaron plan (no. 2011). Zhiyong Lin reconoce el apoyo financiero proporcionado por el Consejo de becas de China (Nº 201506380046). Yang Lu gracias el proyecto de la Elite de Guangzhou (no. JY201223) y la Fundación de ciencia Postdoctoral de China (no. 2016 M 592565). Agradecemos al Dr. Shengxiong Yang, Guangxue Zhang y Dr. Jinqiang Liang de Guangzhou Marine Geological Survey para proporcionar muestras y valiosas sugerencias. Agradecemos Dr. Xianhua Li y el Dr. Lei Chen del Instituto de Geología y Geofísica (Beijing), Academia China de Ciencias, ayuda con el análisis de los SIMS. Dr. Xiaoping Xia es agradeció a disposición el laboratorio de SIMS de la Instituto de Guangzhou de geoquímica, Academia China de Ciencias, para el rodaje de este artículo. El manuscrito que se benefició de los comentarios del Dr. Alisha Dsouza, editor de la review de Zeus y dos árbitros anónimos.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
secondary ion mass spectroscopy Cameca IMS-1280
thermal field emission scanning electron microscopy Quanta Quanta 400F
elemental analyser - isotope ratio mass spectrometry ThermoFinnigan ThermoFinnigan Delta Plus
binocular microscope any NA
reflected light microscope Carl Zeiss 3519001617
polishing machicine Struers 60210535
cutting machicine Struers 50110202
carbon/gold coating machicine any NA
ethanol any NA
acetic acid any NA
zinc acetate solution (3%) any NA
HCl solution (25%) any NA
1 M CrCl2 solution any NA
0.1 M AgNO3 solution any NA
V2O5 powder any NA
pure nitrogen any NA
syringe any NA
filter(<0.45 µm) any NA
tin cups any NA
round bottom flasks any NA
epoxy Struers 41000004

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Preparación de pirita autígena de sedimentos de metano-cojinete para <em>In Situ</em> las análisis de isótopos de azufre en usar SIMS
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Lin, Z., Sun, X., Peckmann, J., Lu, Y., Strauss, H., Xu, L., Lu, H., Teichert, B. M. A. Preparation of Authigenic Pyrite from Methane-bearing Sediments for In Situ Sulfur Isotope Analysis Using SIMS. J. Vis. Exp. (126), e55970, doi:10.3791/55970 (2017).More

Lin, Z., Sun, X., Peckmann, J., Lu, Y., Strauss, H., Xu, L., Lu, H., Teichert, B. M. A. Preparation of Authigenic Pyrite from Methane-bearing Sediments for In Situ Sulfur Isotope Analysis Using SIMS. J. Vis. Exp. (126), e55970, doi:10.3791/55970 (2017).

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