埋藏型铁锰结壳中稀土元素迁移富集机制获揭示

近日，《海洋地质学》（Marine Geology）以《早期成岩作用对埋藏型铁锰结壳中稀土和过渡金属元素富集与活化的控制》为题，在线发表了广州海洋地质调查局高级工程师赵斌团队在埋藏型结壳研究方面取得的重要成果。

裸露型和埋藏型结壳中过渡金属和铂族元素的地球化学行为模型图。研究团队 供图

海山上的铁锰结壳因其富含多种关键金属而备受关注。铁锰结壳中丰富的金属储量对于高科技、绿色-新兴技术和能源应用至关重要。目前，关于裸露结壳的形成机制和金属富集过程的研究较多。然而，人们对埋藏过程中结壳的成矿潜力知之甚少，早期成岩过程中埋藏结壳中不同金属元素的地球化学行为仍然缺乏约束。

西太平洋Weijia Guyot埋藏型铁锰结壳及其附近裸露的结壳为研究早期成岩作用对铁锰结壳中元素富集和迁移的控制提供了绝佳的机会。同一地点裸露和埋藏结壳的对比可以很好地揭示埋藏过程对稀土元素和过渡金属（如Co、Ni、Cu）地球化学行为的影响。

该研究对来自Weijia Guyot的埋藏型铁锰结壳进行了原位高分辨率主、微量元素分析（254点），以精细地表征稀土元素和过渡金属元素随埋藏深度的变化的迁移和富集过程。研究发现，随着沉积速率迅速增加，先前在海山上形成的结壳被沉积物覆盖，使得结壳因早期成岩作用而发生改变。埋藏型结壳的元素分布表明，随着深度的增加，Ni和Cu逐渐释放到孔隙水中。

值得注意的是，铁锰结壳的埋藏过程对Mn和Co的影响可以忽略不计。对于稀土元素，铁锰结壳的埋藏过程促进了更多稀土元素并入埋藏结壳中。早期成岩过程促进Cu和Ni返回海洋循环系统，然而更多的稀土元素被固定到埋藏型结壳中。

由于低结晶态的铁锰氧化物相具有较大的比表面积，因此铁锰结壳在吸附多种金属（如Cu、Co、Ni、Mo、Pt、稀土元素）具有巨大的潜力。海水中的这些金属很容易被铁锰氧化物相清除，并在铁锰结壳中强烈富集，富集程度达到6个数量级。铁锰结壳的广泛分布及其含有的大量关键金属使其成为未来采矿作业的目标。

目前，铁锰结壳的关键金属资源储量主要基于出露于海水的结壳，埋藏型结壳的金属贡献尚未得到很好的制约。对富钴铁锰结壳的进一步探索也证实了海山沉积物表面下广泛存在古老结壳，而暴露于海水的结壳可能仅代表最年轻的一代富金属结壳。因此，海山沉积物下方的埋藏型结壳可能代表着多种关键金属（特别是Co和稀土元素）的巨大潜在资源。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.margeo.2024.107238