稀土元素在水成型海洋铁锰结壳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莱恩群岛水下海山上的水成型铁锰结壳进行了选择性提取实验.结果显示,稀土元素在结壳中的富集归因于其中的矿物或氧化物而受环境影响较小,主要富集于无定形铁的氧化物/氢氧化物相中而只有少量存在于δ-MnO2中,显示出无定形铁的氧化物/氢氧化物比δ-MnO2对稀土元素具有更强的络合能力.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/氢氧化物则主要与海水中的自由稀土元素离子络合,而δ-MnO2则直接吸附稀土元素的碳酸盐络合物.铁锰结壳中的Ce正异常是由于结壳生长处底层流中活跃的可溶性氧把可溶性的Ce3+氧化成不溶性的Ce4+并且主要被无定形铁的氧化物/氢氧化物络合,而不是由δ-MnO2将可溶性的Ce3+氧化成不溶性的Ce4+而发生沉淀从而导致的Ce正异常.

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。

水成型铁锰成矿的纳米成因研究进展

新生代深海铁锰矿床的大规模成矿是地质历史上特有的现象,其形成的海底铁锰结核/结壳因富含巨量的有用金属而备受关注。水成型铁锰成矿的胶体成因模型自20世纪90年代中期提出以来已被广泛接受并采用。随着近20年来纳米地球科学的迅速发展,人们意识到纳米颗粒作为胶体的最小部分,能够以其独特的性质显著影响铁锰成矿过程。通过总结已有研究,发现铁氧化物与锰氧化物会以纳米颗粒的形式普遍共存于多种表生地质环境,还证实了水成型铁锰结核/结壳中的主要铁锰矿物(如水羟锰矿和水铁矿)都是纳米颗粒。铁氧化物纳米颗粒对二价锰[Mn(Ⅱ)]的表面催化氧化可能是水成型铁锰矿物通常在纳米尺度密切共生的原因。此外,在铁锰结壳中还观测到大量在以往研究中被普遍忽视的三价锰[Mn(Ⅲ)]矿物,其含量在结壳顶部最高,随深度增加逐渐下降,四价锰[Mn(Ⅳ)]矿物的含量则呈相反的变化趋势。不同价态锰氧化物纳米颗粒的表面能差异导致Mn(Ⅲ)矿物在Mn(Ⅱ)的氧化过程中最先沉淀,并可能在沉淀之后逐渐转化为Mn(Ⅳ)矿物。相信随着纳米地球科学与高精度原位实验技术的发展,必将不断深化对海水铁锰循环及海底铁锰成矿的认识。