近日，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局教授級(jí)高級(jí)工程師鄧義楠團(tuán)隊(duì)攜手中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所等機(jī)構(gòu)，在深海銅循環(huán)研究領(lǐng)域取得重大突破，發(fā)現(xiàn)深海沉積物是現(xiàn)代銅循環(huán)的主要儲(chǔ)庫。相關(guān)成果發(fā)表于《全球生物地球化學(xué)循環(huán)》（Global Biogeochemical Cycles）。
海洋銅同位素循環(huán)平衡模型。研究團(tuán)隊(duì)供圖銅，作為支撐全球經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)，在汽車、航空航天、新能源等前沿工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是科技進(jìn)步與國(guó)防安全的核心要素。同時(shí)，它也是海洋初級(jí)生產(chǎn)者不可或缺的微量營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)調(diào)節(jié)生物生產(chǎn)力、塑造海洋生態(tài)系統(tǒng)種群構(gòu)成起著關(guān)鍵作用。因此，深入探究海洋銅循環(huán)，對(duì)研究現(xiàn)代及古代海洋生物地球化學(xué)過程意義重大。
然而，長(zhǎng)期以來，平衡的海洋銅循環(huán)模型始終未能有效建立，這意味著海洋中存在未被確定的富銅端元。這一現(xiàn)狀不僅制約著深海銅資源儲(chǔ)量的精準(zhǔn)評(píng)估，也嚴(yán)重限制了對(duì)銅在海洋生態(tài)中功能與歸宿的系統(tǒng)認(rèn)知。深化海洋銅循環(huán)研究，既是實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)利用的戰(zhàn)略需求，也是洞察海洋生態(tài)與環(huán)境演化奧秘的關(guān)鍵所在。
在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持下，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)東南太平洋（熱液區(qū)）和西太平洋（非熱液區(qū)）深海遠(yuǎn)洋沉積物的銅含量及同位素特征展開系統(tǒng)對(duì)比研究，詳細(xì)闡明了深海沉積物中銅元素的來源、主要賦存形式以及遷移、循環(huán)、富集機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，熱液區(qū)和非熱液區(qū)深海沉積物中的自生銅比例高達(dá)88%至99%，且主要賦存于鐵錳氧化物中，這些氧化物直接從海水中捕獲并富集銅元素。
尤為關(guān)鍵的是，該研究顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知，指出富含鐵錳氧化物的深海遠(yuǎn)洋沉積物才是現(xiàn)代海洋中銅的主要儲(chǔ)庫。其銅同位素組成（0.01‰±0.13‰，2SD）遠(yuǎn)低于暴露在海水中的鐵錳結(jié)核和結(jié)殼（~0.30‰），而過去研究一直以鐵錳結(jié)核和結(jié)殼的銅同位素組成替代深海遠(yuǎn)洋沉積物，存在明顯誤差。
基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)重新評(píng)估了深海氧化沉積物中銅的通量，首次構(gòu)建了海洋銅循環(huán)的平衡模型。這一成果為利用銅同位素反演古氣候與古環(huán)境開辟了新途徑，極大地豐富了地學(xué)領(lǐng)域的研究手段與理論體系。它更新了對(duì)海洋銅資源分布的認(rèn)知，為深海礦產(chǎn)勘探提供了全新視角。
此外，研究涉及的深海沉積物還異常富集稀土元素，且稀土元素的遷移、富集和循環(huán)模式與銅存在相似之處。借助此次獲取的銅同位素?cái)?shù)據(jù)，有望明確深海稀土形成環(huán)境的關(guān)鍵指標(biāo)，如氧化還原狀態(tài)和元素來源等。
值得一提的是，近年來，鄧義楠團(tuán)隊(duì)在深海金屬元素循環(huán)與富集機(jī)制研究方面成果豐碩，為深海礦產(chǎn)資源勘探奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此次研究在其前期工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確了深海遠(yuǎn)洋沉積物作為關(guān)鍵過渡金屬元素儲(chǔ)庫的角色，為深海稀土等戰(zhàn)略資源的勘探和形成機(jī)理研究提供了關(guān)鍵示蹤手段。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2025GB008791