图 稀土元素在海水、孔隙水、磷灰石的迁移特征

在国家自然科学基金项目（批准号：41803026、41606048、91958202、42002085、 42072324、41625006、41890824）等资助下，广州海洋地质调查局邓义楠、中国科学院地理科学与资源研究所郭庆军与天津大学、云南大学和中山大学等单位合作，以深海稀土循环为切入点，在深海稀土富集机制及稀土元素古环境示踪方面取得新进展。相关成果以“深海沉积物早期成岩作用过程稀土元素的富集和分异（Early diagenetic control on the enrichment and fractionation of rare earth elements in deep-sea sediments）”为题，于2022年6月22日发表在《科学进展》（Science Advances）。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn5466。

当前世界正面临着巨大的稀土资源危机，重稀土资源尤为短缺。全球最大的稀土宝藏蕴藏于深海。然而，深海稀土的富集机制问题却仍一直悬而未决。虽了解到稀土主要源于海水，最终富集于磷灰石中，但关于其在磷灰石中的富集过程的理解仍存较大争议，一定程度上限制了深海稀土产业化的进程。

研究团队系统分析了海水、孔隙水和磷灰石的稀土元素特征，认识到深海盆地沉积物通过孔隙水向海水输入稀土的量比浅海明显偏少，大量稀土元素留存于沉积物中，最终被磷灰石所吸附。该研究从机理上揭示了稀土元素迁移和富集的全过程，从稀土循环的角度解决了深海稀土富集机制问题，为后续的勘探和开发提供了重要理论依据。

与此同时，磷灰石稀土元素特征一直作为示踪地质历史时期古环境的重要手段。该研究提供了稀土迁移的关键证据，发现磷灰石的稀土元素分布不均，且与周围海水和孔隙水特征显著不同（图），揭示其受到了早期成岩的改造，可能代表了早期成岩作用的过程，而非古海水和孔隙水的信息。这表明磷灰石稀土元素和钕同位素组成可能并非是示踪古海洋环境的可靠指标。