自然资源部海洋三所科研人员及其合作者在深海生物磷灰石中稀土元素的吸附时间及富集机制方面取得新进展！

近日，自然资源部海洋三所地质室、分析测试中心与与中国科学院广州地球化学研究所合作，在深海生物磷灰石中稀土元素的吸附时间及富集机制方面取得新进展。该成果以题为“Uptake time and enrichment mechanism of rare earth elements in deep-sea bioapatite ”，在线发表于国际知名地学期刊《Chemical Geology》（TOP期刊）。我所徐勇航正高级工程师为第一作者和通讯作者。

稀土元素广泛应用于高科技、新材料、新能源等领域，是一种重要的关键金属。深海稀土是近年来新发现的一种富集中－重稀土的海洋矿产资源，其资源量远超陆地稀土储量。生物磷灰石（包括鱼牙、骨头碎屑等）不仅是深海稀土的重要赋存矿物之一，而且磷灰石中吸附的稀土元素可以用来构建古海洋环境等重要信息。然而，最近的一些研究认为磷灰石中的稀土可能会受到后期成岩作用的影响，而且铁锰结核中的稀土元素可能会迁移到包裹的鱼牙中，这些的磷灰石就不能保存原始的古海洋信息。

生物磷灰石之所以可以记录古海洋信息，一般认为其可以快速的吸附稀土元素并保存不变，但对于这个吸附时间一直没有较准确的约束。本研究通过西北印度洋索马里海盆的柱状样中有孔虫的AMS 14C测年，发现该区域的沉降速率为37 mm/kyr~39mm/kyr，远远高于西北太平洋的沉降速率（0.1~1 mm/kyr）。在索马里海盆的表层沉积物中挑选出的磷灰石富含稀土元素（ΣREY平均值为7265μg/g），ΣREY最高可达17959μg/g。其中骨头碎屑中稀土含量明显高于鱼牙，并出现MREE相对较富集，可能是由于骨头碎屑发生更强的交代作用。鱼牙从牙根到顶部，稀土含量出现明显的降低。通过沉积速率，我们推测表层沉积物中的磷灰石可以在1万年之内，甚至几千年时间就能富集大量的稀土元素。磷灰石中稀土的吸附时间远远快于铁锰结核的生长速率（通常是几μm/kyr）。

图1 生物磷灰石及含鱼牙的铁锰结核
(a)鱼牙和(b)骨头碎屑样品都来自西北印度洋表层沉积物。(c)和(d)分布是(a)和(b)的BSE图像。(e)和(f)是来自西北太平洋含鱼牙的铁锰结核及横切面。(g)和(h)分布是（f）结核的微区成分图像。

西北太平洋铁锰结核中鱼牙的稀土含量较低，平均为1445μg/g。稀土元素主要以吸附作用从鱼牙牙本质壳进入。西北太平洋铁锰结核中鱼牙的LREE、MREE和HREE比例与西北印度洋表层沉积物中鱼牙的相似，并含较高的ΣREY/Th比值。因此，本研究结核中鱼牙受后期成因作用的影响较小，可能还保留原来古海洋信息。

该项研究工作得到了自然资源部第三海洋研究所基本科研业务费项目、福建省自然科学基金和全球变化与海气相互作用专项等项目的资助。

图2 鱼牙中(La/Sm)N与(La/Yb)N和REE图. 插图为LA-ICP-MS 分析点.

论文链接为：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009254124004510

• 信息来源：自然资源部海洋三所。
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