硫循環通過幾個相互關聯的反應對營養物質的命運起著關鍵作用。盡管自20世紀70年代初以來,人們已經對水生生態系統中的硫循環進行了深入研究,但其在含鹽內河湖泊中的特征仍值得進一步探索。Gallocanta湖(西班牙東北部)是一個短暫的含鹽內陸湖,其硫酸鹽的主要來源是湖床礦物,導致溶解的硫酸鹽濃度高于海水。對地表水、孔隙水和沉積物的地球化學和同位素特征進行了綜合研究,以探討硫循環如何受到地質背景的約束。在淡水和海洋環境中,硫酸鹽濃度隨深度的增加而降低,通常與細菌硫酸鹽還原(BSR)有關。然而,在Gallocanta湖,孔隙水中硫酸鹽濃度從水-沉積物界面處的60 mM增加到25 cm深度的230 mM。這種極端的增加可能是由于富硫酸鹽礦物浮礦(MgSO4·7H2O)的溶解引起的。硫同位素數據驗證了這一假設,并證明了BSR在水-沉積物界面附近的存在。這種動態可以防止甲烷的產生和從缺氧沉積物中釋放,這在當前全球變暖的背景下是有利的。這些結果強調,與水柱相比,湖床中電子受體的潛在可利用性更高,在未來的內陸湖生物地球化學研究中應考慮地質背景。
研究了水生環境中的生物地球化學過程,以了解生命必需化合物循環的途徑。硫循環在這些流動中起著關鍵作用,因為它與其他營養物質(如碳或鐵等)發生了許多相互關聯的反應。盡管淡水和海洋系統中的硫循環已經研究了幾十年,其主要途徑已經被徹底描述和審查1,2,3,4,但在含鹽內陸湖中不同反應的潛力仍值得進一步探索。
硫酸鹽(SO42?)是缺氧環境中的主要電子受體之一。細菌硫酸鹽還原(BSR)涉及硫化氫(H2S)的產生,H2S可以被再氧化回SO42?或導致次生礦物如黃鐵礦的沉淀。有機物、鐵物種、氧和光可用性在促進某些過程優于其他過程(例如氧化vs還原或生物vs非生物反應)中起關鍵作用5,6,7,8。BSR是海洋系統(如歐辛盆地和大陸邊緣沉積物)中有機質再礦化和再循環的主要微生物過程,因為SO42?在海水中的平均濃度為28 mM,具有很高的可用性2。相比之下,淡水環境中的SO42?濃度通常低2至3個數量級,這限制了沉積物中的BSR,因為SO42?會迅速耗盡。因此,甲烷作用成為淡水沉積物中有機質再礦化的主要厭氧過程4。先前在微咸到高鹽湖泊的研究表明,高鹽度并不一定會抑制BSR或硫化物氧化9,10,11,12,13。然而,BSR活動的熱點以及不同亞疊系鹽體系中SO42?的來源在多大程度上來自湖床礦物或地下水,而不是地表水,這些文獻很少,但對于預測這些生態系統的甲烷生成潛力至關重要。
在短暫的內陸濕地,化學和物理參數的變化取決于蒸發、降雨或地下水流入,并直接影響生物地球化學循環14,15。有機質來源和環境地質特征也起著關鍵作用。在湖泊的不同部分,包括垂直剖面(即地表水、孔隙水、沉積物和地下水),硫化合物的耦合地球化學和同位素特征可以進一步了解這些水環境中的硫循環。這對于預測氣候變化的生物地球化學變化尤其有用,因為溫度升高會導致淡水湖的鹽堿化。
Gallocanta鹽湖(40°58′00″N, 1°29′50″W)位于伊比利亞山脈海拔990米a.s.l的高原上,由于其以下特殊特征,可以用作模型研究地點。它是西歐*大、保存*完好的內陸鹽湖。它很淺,pH值在8到1016之間。在過去的30年里,它的*大水深一直保持在1米以下,由于該地區的氣候是半干旱的,偶爾會出現完全干燥的時期。湖泊的水量變化主要是du