在过去的几十年，细菌与矿床之间的关系，尤其是细菌在低温矿床成矿作用所扮演的角色受到了广泛关注。前人用硫化物的硫同位素组成来判别细菌是否参与了成矿作用，也就是与金属离子反应沉淀出硫化物的还原性硫是否来自细菌硫酸盐还原过程。虽然这个过程所产生的S同位素分馏能很好地指示细菌参与成矿作用，但是无法确定细菌及其活动在热液系统中对金属物质的影响。并且，当处于一个封闭体系中，如果硫酸盐得不到很好的供应，细菌还原硫酸盐产生的还原性S也会越来越富集重S同位素，从而掩盖生物参与的信息。
锌（Zn）和镉（Cd）不仅是闪锌矿的直接矿化金属，也是生物敏感元素，它们的同位素在有生物活动参与的过程中会产生巨大分馏，这使得Zn-Cd同位素具有示踪细菌活动对金属成矿贡献的潜力。我校科学研究院刘盛遨教授指导博士生李孟伦对金顶超大型铅锌矿床中原生闪锌矿进行了Zn-Cd-S同位素研究，取得了以下创新性成果和认识：
1、在镜下发现了具有细菌成因结构的硫化物，闪锌矿具有极低的S同位素组成，表明了成矿所需的还原性硫来自于细菌还原硫酸盐过程。细菌还原硫酸盐过程的S同位素组成变化满足瑞利分馏模型，受控于硫酸盐的还原程度。换言之，闪锌矿的S同位素组成越重说明其硫酸盐还原程度愈高，细菌活动性愈强；
2、与目前已报道的其他矿床相比，金顶闪锌矿具有最轻的Zn和Cd同位素组成（图1）。其Zn同位素组成与Zn/Cd比值存在很好的正相关关系，说明该热液系统早期沉淀的闪锌矿就已经具有极轻的Zn同位素组成。金顶矿区存在大量有机质，细菌还原硫酸盐的同时，会将复杂有机质降解成可溶的有机羧酸，这些可溶的有机羧酸具有极强络合金属的能力，并且它们会优先络合重的⁶⁶Zn和¹¹⁴Cd。Zn同位素组成与S同位素组成存在负相关关系，这说明了早期沉淀的闪锌矿极轻的Zn同位素组成是由于含Zn成矿流体中大量的自由Zn被强的细菌活动性所产生的可溶有机羧酸络合（图2）。
3、模拟计算表明要产生如此轻的Zn同位素组成，需要成矿流体中90%的Zn与细菌新陈代谢产生的可溶有机羧酸络合（图3）。这指示细菌活动所产生的可溶有机羧酸与Zn的络合是金顶铅锌矿中运移金属Zn的重要机制。
该项研究成果首次提出了Zn-Cd同位素在示踪微生物成矿方面具有巨大潜力，并且对于其他有微生物参与的系统也有一定的启示作用。

图1 (a) 金顶闪锌矿Zn同位素组成 (b) Cd同位素组成与已报道的数据比较

图2 金顶闪锌矿Zn和S同位素组成

图3 瑞利分馏模拟成矿流体中被有机羧酸络合不同比例的Zn及闪锌矿Zn同位素组成
上述成果发表在地球化学国际权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Li, M.-L., Liu, S.-A.*, Xue, C.-J., Li, D., 2019. Zinc, cadmium and sulfur isotope fractionation in a supergiant MVT deposit with bacteria. Geochimica et Cosmochimica Acta, 265: 1-18. [IF = 4.258]
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.08.018




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