白江昊等-EPSL:深海富稀土沉积物的“叁Nd”同位素组成

日期： 2025-01-08

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来源：中国科学院广州地球化学研究所

深海稀土因具备储量大、放射性元素（如Th、U）含量低、富集中重稀土元素等优点，正成为全球稀土资源竞争的“兵家必争之地”，备受各国关注。相较于传统的稀土指标（如元素和放射成因同位素），稀土稳定同位素在准确示踪稀土迁移路径和富集过程方面具备显著优势，特别是放射成因和稳定Nd同位素的结合被认为能够在更高维度上解析深海稀土超常富集机制的演变过程。然而，目前关于深海沉积物稳定Nd同位素的组成、分馏幅度以及控制机理等一系列问题的认知还处于空白。

针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所白江昊博士后在韦刚健研究员和广州海洋地质调查局邓义楠教授的联合指导下，依托其前期研发的放射成因和稳定Nd同位素同步分析技术，对一套典型的西太平洋水深5777m的富稀土沉积柱状样品全岩及各淋滤相（磷酸盐相、铁锰氧化物相和铝硅酸盐相）开展了全面的研究工作。

结果表明，GC 112岩芯全岩的ɛNd值从-6.2变化至-5.1，表明该岩芯的物质来源没有发生明显的改变（图2）。相比于BSE的稳定Nd同位素组成，GC 112岩芯整体上更加富集重质量数146Nd（图2），这可能是由于沉积物中自生组分控制着稳定Nd同位素的分馏。磷酸盐相中Nd元素的含量与P2O5和CaO含量呈现明显的正相关系，但是稳定Nd同位素没有发生明显的改变（0.076 ‰ ± 0.055‰）（图3 A）。这一结果意味着磷酸盐相有望成为记录古海水稳定Nd同位素组成的潜力载体。铁锰氧化物中Mn元素与Nd元素含量和稳定Nd同位素组成均先呈现正相关关系再是负相关关系（图3 B）。这一关系说明铁锰(氢)氧化物优先从海水中吸附重质量数146Nd后再将之前吸附的重质量数146Nd释放到孔隙水中。铝硅酸盐相中Al2O3含量与沉积物岩芯全岩伊利石的丰度和铝硅酸盐相中Nd元素的含量都呈现强正相关（图3 C），而与稳定Nd同位素组成没有观察到相关性，这说明伊利石控制着铝硅酸盐相中Nd元素的分配但并不造成稳定Nd同位素的分馏。铝硅酸盐、铁锰氧化物和磷酸盐具有明显差异的稳定Nd同位素组成，突显了其示踪海洋Nd循环的潜力（图4），并将为现代海洋和古海洋研究提供重要理论基础，为稀土资源的开采和利用提供科学依据。

相关成果发表在地球科学领域顶级期刊《Earth and Planetary Science Letters》，该研究受到国家重点研发计划项目（2023YFF0803901）、国家自然科学基金项目（U2244222, 41803026, 和 42403001）、博新计划（BX20240377）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2023B0303000015）、博士后面上项目（2023M743501）和中国科学院广州地球化学研究所所长基金项目（2023SZJJ-1）等联合资助。

论文信息：

Bai J.H.,(白江昊) Deng Y.N., * (邓义楠) Wu H., (吴昊) Liang X.R., (梁细荣) Yu X.X., (于晓晓) Zhang G.L., (张岗岚) Wei G.J.,* (韦刚健) 2025. Stable Nd isotopic fractionation in REY-rich deep-sea sediments. [J]. Earth and Planetary Science Letters. 652, 119117. . https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.119197

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