广州海洋局在富钴结核关键金属富集机制研究取得新进展

2012年，团队在西北太平洋深海盆地发现了富钴结核，经过十年的调查和研究，基本掌握了富钴结核的空间分布和成矿环境。典型的富钴结核为水成成因，其成矿元素富集过程不是海水中金属元素的简单浓缩，而是选择性富集到结核中。为了系统评价富钴结核的成矿作用，团队开展了结核的微区结构、矿物、化学和钕、铪同位素组成分析。研究表明，一是富钴结核形成于冷水环境，主体暴露于海水中，与沉积物接触较少。二是结核中矿物的结晶程度差，主要为水羟锰矿并含有少量的钡镁锰矿，指示了氧化的成矿环境。三是结核的化学组成具有相对较高的钴、钛和稀土元素含量，以及较高的铁/锰比值等特征，进一步证明了研究区富钴结核为典型的水成成因。四是研究区处于典型的热带寡营养盐海洋环境，具有较低的海洋生产力和沉积速率，沉积物主要为深海粘土。贫营养、持续的底流活动以及低沉积速率共同形成了氧化的海洋环境，长期暴露在该氧化环境下非常有利于富钴结核成矿。

团队对比了金属元素在海水和富钴结核中的丰度，结果表明Mn>Co>Fe>Ce>Pb>Nd>La>Al>Zr>Ti>Y>Cu>Ni>Zn>V>Ba>P>Si>Sr>Ca>K>Mg>Na等元素的富集程度依次降低。富集程度最高的是清除型元素，其次是营养盐型元素。清除型元素具有较高的电荷和较小的离子半径，在海水中的含量较低且很少受生物地球化学作用的影响。钴、锰、铈、铅等典型的清除型元素随水深逐渐下降，团队认为这是铁锰氧化物颗粒对海水选择性吸附清扫的结果。团队进一步分析了富钴结核元素相关性知识图谱，发现大部分金属元素的富集与铁相矿物相关，而部分元素则与锰相矿物有关。

由于钕、铪在海水中的滞留时间很短，钕、铪同位素组成常常作为海洋循环的水团示踪剂。富钴结核的钕、铪同位素组成记录了对底层海水的信息，其组成与附近海山富钴结壳差别很大，表明研究区海水的水平运动长期强于垂直运动。团队通过整理全球海底铁锰结核/结壳、玄武岩和海水钕同位素数据发现，研究区富钴结核的钕同位素组成主要受南极底流的影响。