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富钴结核的成矿过程有了新认识

日期： 2022-04-11
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来源：中国科学报


近日，南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）何高文研究团队通过对西太平洋富钴结核的矿物、元素和同位素特征研究，提出富钴结核的成矿过程即是对海水中氧化还原敏感性元素和高价态元素的选择性富集过程的新认识。相关研究发表于Ore Geology Review，第一作者为任江波，通讯作者为何高文和邓希光。
富钴结核是典型的水成成因，其成矿过程不是海水中金属元素的浓缩，而是选择性富集。为了系统研究富钴结核的成矿作用，何高文研究团队开展了结核的微区结构，矿物、化学和钕、铪同位素组成等研究工作。
研究显示，富钴结核形成于冷水环境，主体暴露于海水中，与沉积物接触相对较少。结核中的矿物结晶程度差，含有大量的水羟锰矿和少量的钡镁锰矿，指示了氧化的成矿环境。结核的化学组成具有相对较高的钴、钛和稀土元素含量，以及较高的铁/锰比值，进一步明确了研究区富钴结核属于典型的水成成因。
研究区属于典型的热带寡营养盐海洋环境，具有低的生物生产力和沉积速率，主要为深海粘土沉积。贫营养、持续的底流活动以及低沉积速率、长期暴露在氧化环境是富钴结核形成的最佳条件。
根据金属元素在海水和富钴结核中的丰度对比，元素富集程度最高的是清除型元素，其次是营养盐型元素。清除型元素具有较高的电荷和较小的离子半径，它们在海水中很少受其它生物地球化学作用的影响。钴、锰、铈、铅属于典型的清除型元素，它们在海水中的含量低并随水深逐渐降低特征，是铁锰氧化物颗粒对海水吸附清扫的结果。富钴结核元素相关性知识图谱结果显示，大部分金属元素的富集与铁相矿物相关。
因为在海水中的滞留时间短，钕、铪同位素组成常常作为海洋循环的水团示踪剂。富钴结核的钕、铪同位素组成是对底层海水的记录，与附近海山富钴结壳的结果大相径庭，指示了研究区海水的水平运动长期强于垂直运动。综合分析全球海底铁锰结核/结壳、玄武岩和海水钕同位素组成发现，研究区富钴结核钕同位素组成受到南极底流的影响。
据了解，何高文研究团深耕西北太平洋深海盆地富钴结核研究，经过多年的调查和研究，已掌握了富钴结核的空间分布和成矿环境特征。
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