深海稀土因具備儲量大、放射性元素（如Th、U）含量低、富集中重稀土元素等優點，正成為全球稀土資源競爭的“兵家必爭之地”，備受各國關注。相較于傳統的稀土指標（如元素和放射成因同位素），稀土穩定同位素在準確示蹤稀土遷移路徑和富集過程方面具備顯著優勢，特別是放射成因和穩定Nd同位素的結合被認為能夠在更高維度上解析深海稀土超常富集機制的演變過程。然而，目前關于深海沉積物穩定Nd同位素的組成、分餾幅度以及控制機理等一系列問題的認知還處于空白。
針對這一科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所白江昊博士后在韋剛健研究員和廣州海洋地質調查局鄧義楠教授的聯合指導下，依托其前期研發的放射成因和穩定Nd同位素同步分析技術，對一套典型的西太平洋水深5777m的富稀土沉積柱狀樣品全巖及各淋濾相（磷酸鹽相、鐵錳氧化物相和鋁硅酸鹽相）開展了全面的研究工作。
圖 1 GC 112鉆孔位置圖
????結果表明，GC 112巖芯全巖的?Nd值從-6.2變化至-5.1，表明該巖芯的物質來源沒有發生明顯的改變（圖2）。相比于BSE的穩定Nd同位素組成，GC 112巖芯整體上更加富集重質量數146Nd（圖2），這可能是由于沉積物中自生組分控制著穩定Nd同位素的分餾。磷酸鹽相中Nd元素的含量與P2O5和CaO含量呈現明顯的正相關系，但是穩定Nd同位素沒有發生明顯的改變（0.076 ‰?± 0.055‰）（圖3 A）。這一結果意味著磷酸鹽相有望成為記錄古海水穩定Nd同位素組成的潛力載體。鐵錳氧化物中Mn元素與Nd元素含量和穩定Nd同位素組成均先呈現正相關關系再是負相關關系（圖3 B）。這一關系說明鐵錳(氫)氧化物優先從海水中吸附重質量數146Nd后再將之前吸附的重質量數146Nd釋放到孔隙水中。鋁硅酸鹽相中Al2O3含量與沉積物巖芯全巖伊利石的豐度和鋁硅酸鹽相中Nd元素的含量都呈現強正相關（圖3 C），而與穩定Nd同位素組成沒有觀察到相關性，這說明伊利石控制著鋁硅酸鹽相中Nd元素的分配但并不造成穩定Nd同位素的分餾。鋁硅酸鹽、鐵錳氧化物和磷酸鹽具有明顯差異的穩定Nd同位素組成，突顯了其示蹤海洋Nd循環的潛力（圖4），并將為現代海洋和古海洋研究提供重要理論基礎，為稀土資源的開采和利用提供科學依據。
圖2??GC112巖芯全巖關鍵元素含量及“叁Nd”同位素組成
圖3 磷酸鹽相中P、Fe-Mn氧化物相中Mn及鋁硅酸鹽相中Al元素含量分別與Nd元素和穩定Nd同位素關系圖
圖 4 深海沉積物中穩定Nd同位素的遷移、轉化模式圖
相關成果發表在地球科學領域頂級期刊《Earth and Planetary Science Letters》，該研究受到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、博新計劃、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、博士后面上項目和中國科學院廣州地球化學研究所所長基金項目等聯合資助。
論文信息：
Bai J.H.,(白江昊) Deng Y.N.,* (鄧義楠) Wu H.,(吳昊) Liang X.R.,(梁細榮) Yu X.X.,(于曉曉) Zhang G.L.,(張崗嵐) Wei G.J.,* (韋剛健)?2025. Stable Nd isotopic fractionation in REY-rich deep-sea sediments. [J]. Earth and Planetary Science Letters. 652,119117. .?https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.119197
附件下載：