我国科学家揭示深海稀土循环富集新机制
新华社广州2月19日电 19日，记者从中国地质调查局广州海洋地质调查局了解到，该局邓义楠团队近期在国际知名期刊《地质学》在线发布了一项重要研究成果。这项工作揭示了深海稀土元素的循环与富集新机制，对于深化理解深海稀土资源的形成规律具有重要的科学价值。
稀土是全球至关重要的战略资源。深海沉积物中蕴藏着巨大的稀土资源潜力，其元素循环与富集机制是全球海洋生物地球化学循环研究的核心前沿之一。论文第一作者、广州海洋地质调查局教授级高级工程师邓义楠介绍，热液活动区是深海稀土富集的关键区域，也是稀土循环的重要枢纽。热液羽流中的铁锰氧化物颗粒能够有效清除海水中的稀土元素。然而，这些被清除的稀土元素在沉积之后，如何通过早期成岩过程重新迁移并富集，其通量与具体机制此前尚不明确，这制约了对深海稀土资源潜力的准确评估。
以往学界对深海稀土循环模式的研究，主要聚焦于“自上而下”的阶段，即铁锰氧化物在沉降过程中清除水体中的稀土，使其从表层海水循环进入底层海水及沉积物中。邓义楠团队对来自东南太平洋、受热液活动显著影响的深海盆地的海水、孔隙水及生物磷灰石进行了系统的地球化学分析，进而发现深海稀土元素还存在一个“自下而上”的循环模式。也就是说，铁锰氧化物在海水:沉积物界面的早期成岩过程中会释放稀土，并向上扩散重新进入海水中。
全球海水稀土循环和底栖通量模式示意图。新华社发
研究发现，在海洋稀土元素“自上而下”清除和“自下而上”释放的双循环模式中，浅海海底沉积物会释放大量稀土元素返回海水，而深海远洋沉积物中稀土的再生速率远低于大陆边缘。这使得绝大部分稀土得以保存在沉积物中。这一从稀土源汇关系出发的新视角阐明，深海沉积物是稀土富集的重要场所。
研究进一步发现，热液区深海远洋通过沉积物孔隙水向海水的稀土输入总量显著高于非热液区。这主要是由于受热液影响的深海沉积物中存在大量热液铁锰氧化物颗粒，其表面吸附的稀土会在水:岩界面发生释放进入海水；而沉积物埋深超过2米以深的深部环境，稀土释放作用则变得微弱且零星。这一发现表明，水:岩界面的早期成岩作用是影响海洋稀土循环的关键控制因素。
邓义楠介绍，该研究揭示了早期成岩作用对深海热液区稀土循环与富集的关键控制作用，深化了对全球海洋稀土循环过程的理解，也为科学评估和勘探深海稀土资源提供了新的理论视角和科学依据。
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