广州海洋局发现铁生物地球化学循环在深海稀土富集中的关键作用

　　近日，国际著名地学期刊《Chemical Geology》（中科院二区TOP，IF：4.1）以“Impact of iron biogeochemical cycling in deep-sea environments on rare earth element enrichment”（铁生物地球化学循环对深海稀土元素富集的影响）为题，在线发表了广州海洋局邓义楠团队关于深海稀土元素（REY）富集机制的最新研究成果。研究发现，微生物介导的铁生物地球化学循环可能在深海REY富集中扮演着重要角色，包括REY在海水的“预富集”和在沉积物孔隙水中的“再释放”等过程。

　　深海REY不仅是重要的战略金属矿床，也是关键的古环境标识，探究其富集机制对资源开发和地质研究意义重大。大量研究显示，海洋铁循环在REY富集中扮演核心角色——铁（氢）氧化物作为“吸附剂”捕获并沉降REY至沉积物，随后在特定机制（如，厌氧溶解或次生矿化）驱动下使其在孔隙水再活化，最终稳定富集于宿主矿物中（主要为磷灰石）。目前大多数研究主要聚焦REY富集的无机驱动机制，对铁（氢）氧化物分布的空间异质性及相关微生物地球化学循环过程的作用仍知之甚少，严重阻碍了对深海REY富集机制的系统理解。

　　太平洋不同富REY沉积物的深海环境为弥补上述不足提供了理想的天然实验室。本研究以富铁的东南太平洋（SE Pacific Ocean）与贫铁的西北太平洋（NW Pacific Ocean）海盆这两个典型REY富集区的沉积物样品为研究对象，采用地球化学、环境磁学、显微技术和宏基因组分析相结合的多学科方法，对比研究了铁-稀土耦合循环机制。

　　研究发现，东南太平洋REY的预富集以铁（氢）氧化物的定量清除作用为主，而西北太平洋贫铁区则以选择性吸附为主。微生物铁还原介导的次生矿化作用促进了这两个区域REY向孔隙水的再活化和最终富集。本研究有助于深化对海洋关键元素生物地球化学耦合循环机制的认识，为进一步理解深海环境中“元素-矿物-生命”的协同演化提供了新视角。

(a) 东南太平洋和 (b) 西北太平洋中由海洋铁生物地球化学循环驱动的深海稀土元素富集概念模型。P-OM：含磷有机物

　　论文第一作者为广州海洋局博士后王鹏聪，通讯作者为广州海洋局邓义楠教授级高级工程师。该项研究由国家自然科学基金、广东省海洋六大产业专项、中国博士后科学基金面上项目、广东省基础与应用基础研究基金等联合资助。

　　文章信息：Pengcong Wang, Yinan Deng, Ganglan Zhang, Deng Liu, Jiayi Ma, Chutong Liu, Xiaoxuan Zheng, Yangtao Zhu, Jun Cao, Fang Chen, 2025. Impact of iron biogeochemical cycling in deep-sea environments on rare earth element enrichment. Chemical Geology, 692, 122951