埋藏型鐵錳結殼中稀土元素遷移富集機制獲揭示

近日，《海洋地質學》（Marine Geology）以《早期成巖作用對埋藏型鐵錳結殼中稀土和過渡金屬元素富集與活化的控制》為題，在線發表了廣州海洋地質調查局高級工程師趙斌團隊在埋藏型結殼研究方面取得的重要成果。

裸露型和埋藏型結殼中過渡金屬和鉑族元素的地球化學行為模型圖。研究團隊 供圖

海山上的鐵錳結殼因其富含多種關鍵金屬而備受關注。鐵錳結殼中豐富的金屬儲量對于高科技、綠色-新興技術和能源應用至關重要。目前，關于裸露結殼的形成機制和金屬富集過程的研究較多。然而，人們對埋藏過程中結殼的成礦潛力知之甚少，早期成巖過程中埋藏結殼中不同金屬元素的地球化學行為仍然缺乏約束。

西太平洋Weijia Guyot埋藏型鐵錳結殼及其附近裸露的結殼為研究早期成巖作用對鐵錳結殼中元素富集和遷移的控制提供了絕佳的機會。同一地點裸露和埋藏結殼的對比可以很好地揭示埋藏過程對稀土元素和過渡金屬（如Co、Ni、Cu）地球化學行為的影響。

該研究對來自Weijia Guyot的埋藏型鐵錳結殼進行了原位高分辨率主、微量元素分析（254點），以精細地表征稀土元素和過渡金屬元素隨埋藏深度的變化的遷移和富集過程。研究發現，隨著沉積速率迅速增加，先前在海山上形成的結殼被沉積物覆蓋，使得結殼因早期成巖作用而發生改變。埋藏型結殼的元素分布表明，隨著深度的增加，Ni和Cu逐漸釋放到孔隙水中。

值得注意的是，鐵錳結殼的埋藏過程對Mn和Co的影響可以忽略不計。對于稀土元素，鐵錳結殼的埋藏過程促進了更多稀土元素并入埋藏結殼中。早期成巖過程促進Cu和Ni返回海洋循環系統，然而更多的稀土元素被固定到埋藏型結殼中。

由于低結晶態的鐵錳氧化物相具有較大的比表面積，因此鐵錳結殼在吸附多種金屬（如Cu、Co、Ni、Mo、Pt、稀土元素）具有巨大的潛力。海水中的這些金屬很容易被鐵錳氧化物相清除，并在鐵錳結殼中強烈富集，富集程度達到6個數量級。鐵錳結殼的廣泛分布及其含有的大量關鍵金屬使其成為未來采礦作業的目標。

目前，鐵錳結殼的關鍵金屬資源儲量主要基于出露于海水的結殼，埋藏型結殼的金屬貢獻尚未得到很好的制約。對富鈷鐵錳結殼的進一步探索也證實了海山沉積物表面下廣泛存在古老結殼，而暴露于海水的結殼可能僅代表最年輕的一代富金屬結殼。因此，海山沉積物下方的埋藏型結殼可能代表著多種關鍵金屬（特別是Co和稀土元素）的巨大潛在資源。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.margeo.2024.107238