海院科研动态（137）| 大洋磷酸盐化事件对铁锰结壳稀土富集的双重影响

        我院海洋地质与地球化学研究团队在《中国科学：地球科学》上发表最新研究成果，系统揭示了大洋磷酸盐化事件对铁锰结壳稀土富集的双重影响机制。

        海山铁锰结壳富含钴、镍、稀土（REE+Y）等多种关键金属，被视为极具开发潜力的海底矿产资源，其成矿机制一直是研究的前沿热点。铁锰结壳生长时会经历间歇性的“磷酸盐化”事件（图1），沉淀自生碳氟磷灰石（CFA），导致其成分和结构发生显著变化。然而，磷酸盐化事件究竟是如何影响稀土元素富集的？这一问题仍存在争议：部分研究认为其能促进富集，另有研究则认为其受控于海水环境。

图1 海山区域磷化事件图示(Peng et al., 2024; NC)

        针对这一科学难题，本研究聚焦于西太平洋维嘉海山三个不同水深的磷化铁锰结壳（图2），在精确限定多期次磷酸盐化事件年代的基础上，系统揭示了其对稀土富集的复杂影响机制，获得如下几点认识：

图2 铁锰结壳采样区域地质及海山漂移轨迹图

1. 磷酸盐化在结壳中引入了新的稀土赋存载体——自生CFA （图3）。但不同期次事件形成的CFA，其稀土含量差异显著，研究发现结壳的磷化层的REY含量（1293 ppm）低于上覆的未磷化层（1413 ppm）。原因是该期次事件沉淀了“贫稀土”的CFA（REY含量仅602 ppm），从而对该层位起到了“稀释”作用。与之相对，缓慢形成的富稀土脉状CFA（REY含量可达2703 ppm）则起到了“促进”作用。

图3 a–b)极细脉状CFA和自形CFA，c)MCSD85结壳CFA与对应磷化层平均稀土含量

2. 磷酸盐化事件也改变了原有稀土载体——铁（氢）氧化物的富集机制。一方面，CFA成为稀土的重要贡献者，甚至可能超越了铁（氢）氧化物，导致磷化层中REY与Fe的相关性显著减弱（图4）；另一方面，高磷环境还会通过协同吸附，提高铁（氢）氧化物本身对稀土的吸附能力。

图4 结壳磷化层和非磷化层的Fe与REY的二元相关图

3. 磷酸盐化事件对结壳稀土的影响受到沉积环境的严格控制，除了CFA本身的沉积速率影响其对稀土的富集外，水深也是一个重要的背景因素（图5），更深的水体因其海水中REY的背景浓度更高，能为结壳的稀土富集提供更有利的物质来源。

图5 太平洋和大西洋的结壳稀土含量对比及与水深的关系

        上述研究成果发表于《中国科学：地球科学》，我院博士研究生彭锦洲为第一作者，中山大学地球科学与工程学院孙晓明教授为通讯作者，合作作者包括我院李登峰教授。本研究得到国家自然科学基金项目（92262304、40473024、40343019）和中国大洋矿产资源研发协会国家“十三五”规划项目（DY135-R2-1-01）的联合资助。感谢广东省海洋资源与近岸工程重点实验室、 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室在研究过程中提供的重要支持。

文章详细信息：

彭锦洲, 李登峰, 孙晓明*. 2025. 磷酸盐化事件对西太平洋铁锰结壳稀土元素富集的双重影响. 中国科学: 地球科学. （http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSTe-2025-0074）

Jinzhou Peng, Dengfeng Li, Xiaoming Sun*. Dual effects of phosphatization events on the enrichment of rare earth elements in Western Pacific ferromanganese crusts. Science China: Earth Sciences

(http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11430-025-1702-x)