深海稀土因具備儲量大、放射性元素（如Th、U）含量低、富集中重稀土元素等優(yōu)點，正成為全球稀土資源競爭的“兵家必爭之地”，備受各國關(guān)注。相較于傳統(tǒng)的稀土指標(biāo)（如元素和放射成因同位素），稀土穩(wěn)定同位素在準(zhǔn)確示蹤稀土遷移路徑和富集過程方面具備顯著優(yōu)勢，特別是放射成因和穩(wěn)定Nd同位素的結(jié)合被認(rèn)為能夠在更高維度上解析深海稀土超常富集機制的演變過程。然而，目前關(guān)于深海沉積物穩(wěn)定Nd同位素的組成、分餾幅度以及控制機理等一系列問題的認(rèn)知還處于空白。
針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所白江昊博士后在韋剛健研究員和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局鄧義楠教授的聯(lián)合指導(dǎo)下，依托其前期研發(fā)的放射成因和穩(wěn)定Nd同位素同步分析技術(shù)，對一套典型的西太平洋水深5777m的富稀土沉積柱狀樣品全巖及各淋濾相（磷酸鹽相、鐵錳氧化物相和鋁硅酸鹽相）開展了全面的研究工作。
圖 1 GC 112鉆孔位置圖
????結(jié)果表明，GC 112巖芯全巖的?Nd值從-6.2變化至-5.1，表明該巖芯的物質(zhì)來源沒有發(fā)生明顯的改變（圖2）。相比于BSE的穩(wěn)定Nd同位素組成，GC 112巖芯整體上更加富集重質(zhì)量數(shù)146Nd（圖2），這可能是由于沉積物中自生組分控制著穩(wěn)定Nd同位素的分餾。磷酸鹽相中Nd元素的含量與P2O5和CaO含量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)系，但是穩(wěn)定Nd同位素沒有發(fā)生明顯的改變（0.076 ‰?± 0.055‰）（圖3 A）。這一結(jié)果意味著磷酸鹽相有望成為記錄古海水穩(wěn)定Nd同位素組成的潛力載體。鐵錳氧化物中Mn元素與Nd元素含量和穩(wěn)定Nd同位素組成均先呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系再是負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖3 B）。這一關(guān)系說明鐵錳(氫)氧化物優(yōu)先從海水中吸附重質(zhì)量數(shù)146Nd后再將之前吸附的重質(zhì)量數(shù)146Nd釋放到孔隙水中。鋁硅酸鹽相中Al2O3含量與沉積物巖芯全巖伊利石的豐度和鋁硅酸鹽相中Nd元素的含量都呈現(xiàn)強正相關(guān)（圖3 C），而與穩(wěn)定Nd同位素組成沒有觀察到相關(guān)性，這說明伊利石控制著鋁硅酸鹽相中Nd元素的分配但并不造成穩(wěn)定Nd同位素的分餾。鋁硅酸鹽、鐵錳氧化物和磷酸鹽具有明顯差異的穩(wěn)定Nd同位素組成，突顯了其示蹤海洋Nd循環(huán)的潛力（圖4），并將為現(xiàn)代海洋和古海洋研究提供重要理論基礎(chǔ)，為稀土資源的開采和利用提供科學(xué)依據(jù)。
圖2??GC112巖芯全巖關(guān)鍵元素含量及“叁Nd”同位素組成
圖3 磷酸鹽相中P、Fe-Mn氧化物相中Mn及鋁硅酸鹽相中Al元素含量分別與Nd元素和穩(wěn)定Nd同位素關(guān)系圖
圖 4 深海沉積物中穩(wěn)定Nd同位素的遷移、轉(zhuǎn)化模式圖
相關(guān)成果發(fā)表在地球科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Earth and Planetary Science Letters》，該研究受到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、博新計劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、博士后面上項目和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所所長基金項目等聯(lián)合資助。
論文信息：
Bai J.H.,(白江昊) Deng Y.N.,* (鄧義楠) Wu H.,(吳昊) Liang X.R.,(梁細(xì)榮) Yu X.X.,(于曉曉) Zhang G.L.,(張崗嵐) Wei G.J.,* (韋剛健)?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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