岩石母体から辰砂へ — 地殻中の巨大な水銀鉱床はどのように形成されたか

地球上で最大のHg濃集は辰砂（HgS）として存在する。このようなHgの濃集がその既知の地殻中存在量に基づきどのように形成されたかは完全には解明されておらず、またHgの供給源が明確に確立されたこともない。Hg同位体を用いて、Hgおよび有機物濃集堆積物の熱成熟過程および辰砂形成中のHg濃集に至る地殻プロセスを解明した。Hg同位体の質量依存分別（MDF）は、上部マントル由来源に対して辰砂中で202Hgの著しい濃集を示す。この濃集には二つの機構が寄与する。一つは低温の初期堆積作用における揮発性198Hg0(g)の現存ガス相への喪失、もう一つは辰砂堆積時の酸化である。揮発性198Hg0(g)の喪失は、源堆積物の残余有機物中のHgの202Hg濃集をもたらす。この198Hg0(g)の有意な喪失の証拠は、中央北海（CNS）の高圧・高温（HP/HT）貯留層における近縁ガス凝縮液のδ202Hg同位体組成の大幅な欠損として観察される。水銀濃集堆積物由来の炭化水素と形成ブラインの移動は、還元型Hg0（有機体内、溶液中）を辰砂堆積場へ輸送し、そこでのHg0（有機体内、溶液中）とH2Sの酸化が辰砂中の202Hg濃集をさらに促進する。MDFの大きな変化は、水銀同位体の質量非依存分別（MIF）とは独立している。本研究で調査した辰砂の約80％はΔ199Hg−Δ201Hg MIF同位体プロット上で±0.1‰以内の原点にプロットし、大陸洪水玄武岩（CFB）と類似したHg同位体組成を示しており、Hgの上部マントル起源と整合する。炭層と還元性堆積物により定義されるΔ199Hg−Δ201Hg MIFプロット上のMIF傾斜は約1である。これらは通常、嫌気性または還元性環境で堆積し、支配的Hg種がHg0である最も還元されたHg濃集堆積物である。開放海洋環境では支配的Hg種はHg2+である可能性が高い。Δ199Hg/Δ201Hg傾斜が1を超え、これらの還元堆積物のトレンドから逸脱するものはH2Sのフェージャシティ（fH2S）および起源堆積物中の還元Hg0と酸化Hg2+の割合変動により制御されており、これは堆積環境および酸化還元状態を反映している。