稀土元素在成岩型海洋铁锰结核中的富集特征及机制

借助相分析中的偏提取方法对取自东太平洋深海平原上的成岩型铁锰结核进行了选择性提取实验以研究稀土元素在其中各矿物或氧化物相中的分布模式以及铁氧化物和锰氧化物对稀土元素的吸附机制。结果显示,尽管1 nm-水锰矿相对无定形铁的氧化物/氢氧化物而言是成岩型结核中的优势矿物,但是稀土元素主要富集在无定形铁的氧化物/氢氧化物中。虽然稀土元素在海水中主要是以碳酸盐络合物的形式存在,但是无定形铁的氧化物/氢氧化物则是从海水中获得自由稀土元素离子来络合,而1 nm-水锰矿则直接吸附稀土元素的碳酸盐络合物。因此,无定形铁的氧化物/氢氧化物对稀土元素来说具有比1 nm-水锰矿更强的络合能力。成岩型结核的Ce负异常是由于成岩型结核形成于缺氧微环境中,该环境不能把可溶性的Ce3+氧化成不溶性的Ce4+发生沉淀。

Cu、Co、Ni、Ti和Mg在成岩型铁锰结核中的地球化学特征

选择了东太平洋赤道附近的系列成岩型铁锰结核(壳)样品,根据其中的矿物相的种类,利用化学上的相分析手段——选择性提取实验,借助晶体化学和矿物学手段对过渡金属元素Cu、Co、Ni、Ti和碱土金属元素Mg在成岩型铁锰结核中的地球化学特征进行了研究。结果显示,元素Cu、Co、Ni、Ti和Mg等元素在成岩型铁锰结核中的富集受这些元素在海水中的存在状态和结核中组成矿物这两方面因素的制约。成岩型结核中10-水锰矿结构的稳定性并不完全是由于其充分吸收了Cu、Co、Ni等过渡金属元素,碱土金属Mg对于10-水锰矿结构的稳定性起到了重要作用。

不同成因的海洋铁锰氧化物沉积物中稀土元素的地球化学特征

测试了具代表性的成岩型结核和水成型结壳的稀土元素 ,以研究稀土元素在这两种成因的海洋铁锰氧化物沉积物的特征及其与成因的关系。稀土元素特征表明稀土元素没有参与成岩型结核的成岩作用 ,即没有加入到1nm水锰矿中去 ,而是加入到无定形铁的氧化物、氢氧化物中去。同样 ,稀土元素也没有直接参与水成结壳的水成作用 ,即没有加入到锰、铁的氧化物、氢氧化物中去 ,而是与钙、磷相关 ,推测在很大程度上是先沉淀在钙、磷相中然后才加入到水成结壳中。

海底铁锰矿物中稀土元素富集的控制因素

在不同氧化还原条件下生成的铁锰结核(壳)具有不同的稀土元素特征。在弱氧化条件下形成的成岩型结核中,稀土元素总量相对较低,Ce异常不明显,稀土元素主要存在于Fe相中;在强氧化条件下形成的水成结核(壳)稀土元素总量相对较高,Ce表现为较强的正异常。Ce的丰度主要受非晶质的Fe控制,而三价稀土元素的丰度主要受Fe、Mn和P相矿物的共同作用。而铁锰结核(壳)中铁锰矿物主要受生长环境的影响,因此,铁锰结核(壳)中稀土元素的富集在一定程度上受铁锰结核(壳)生长环境的控制。

钠离子对于海洋成因10-水锰矿结构稳定性的影响

10-水锰矿是海洋成岩型铁锰结核和很多陆生锰矿的主要矿物,铜、镍等过渡金属元素对于10-水锰矿结构的稳定起着重要的作用,而对于碱金属元素钠离子在其中的地球化学行为则少有涉及.利用取自东太平洋海底的成岩型铁锰结核,借助化学方法,利用矿物学和晶体化学的理论对碱金属元素钠离子在成岩型铁锰结核中的存在状态以及对结核组成矿物10-水锰矿结构的影响进行了研究.结果显示,10-水锰矿中钠离子可以被弱酸析出并且会导致其结构的破坏,使得10-水锰矿转换成7-水锰矿;析出钠离子并且结晶状态变差的10-水锰矿吸附钠离子后,其结晶状态可明显好转并且部分非10相转化为10-水锰矿,但是这种结构的破坏在自然条件下不能完全恢复.因此,钠离子对于10-水锰矿结构的稳定性起着非常重要的作用.