中新網(wǎng)北京6月14日電 (記者 孫自法)長(zhǎng)久以來(lái)，學(xué)界普遍認(rèn)為海洋痕量金屬的分布主要受“自上而下”的過(guò)程控制。中國(guó)學(xué)者最新領(lǐng)銜完成的一項(xiàng)研究顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)海洋痕量金屬“自下而上”的元素循環(huán)新機(jī)制。

　　這項(xiàng)海洋元素循環(huán)領(lǐng)域的重要突破研究，由北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院助理教授杜江輝和美國(guó)、瑞士的合作伙伴共同完成，相關(guān)成果論文近日在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

　　傳統(tǒng)解釋存在矛盾

　　論文第一作者和共同通訊作者杜江輝介紹說(shuō)，海洋中的痕量金屬一般是指在每1千克海水中總量低于1微克的金屬元素，如鐵、鎳、銅、稀土元素等，看似微不足道，實(shí)則扮演著舉足輕重的關(guān)鍵角色。

　　它們不僅是維持海洋生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的營(yíng)養(yǎng)元素，還是科學(xué)家解讀海洋和地球系統(tǒng)演化歷史的示蹤劑，更是支撐低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略資源。

　　在“自上而下”的傳統(tǒng)模型中，海洋元素主要來(lái)自于表層的河流和風(fēng)塵輸入，而有機(jī)質(zhì)等生物顆粒就像無(wú)數(shù)微型的“快遞員”，將吸附的金屬自上而下運(yùn)輸?shù)缴詈?，并在分解過(guò)程中釋放這些金屬。

　　然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明，這種解釋與許多金屬元素在深海的分布規(guī)律存在矛盾。

　　取得三項(xiàng)關(guān)鍵認(rèn)識(shí)

　　為破解傳統(tǒng)認(rèn)知無(wú)法解釋深海金屬元素分布的問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)此次綜合海水與沉積物的觀測(cè)，并結(jié)合元素的水柱與沉積物中的循環(huán)模擬，在已有觀測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，重新評(píng)估不同顆粒對(duì)金屬元素的吸附能力。通過(guò)在太平洋深海系統(tǒng)采集并分析水柱-沉積物界面的海水、孔隙水和沉積物樣品，并基于先進(jìn)模擬系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)建立金屬元素的早期成巖模型，定量刻畫(huà)出海底元素通量。

　　隨后，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)建一個(gè)三維的海水元素循環(huán)模型，量化水柱顆粒清掃與海底通量對(duì)海水中金屬元素分布的影響。該研究通過(guò)觀測(cè)與模型的深度融合，系統(tǒng)解析了金屬元素從海洋表層到海底的完整循環(huán)過(guò)程，并取得三項(xiàng)關(guān)鍵認(rèn)識(shí)：

　　首先，發(fā)現(xiàn)錳氧化物在深海顆粒吸附中起主導(dǎo)作用，盡管其在深海顆粒物總量中占比不足1%，卻貢獻(xiàn)了50%以上的稀土元素吸附量，顛覆了生物源顆粒主導(dǎo)水柱清掃過(guò)程的傳統(tǒng)認(rèn)知。

　　其次，揭示深海中活躍的海底通量機(jī)制?？紫端牡厍蚧瘜W(xué)分析和模擬表明，深海沉積物通過(guò)氧化性成巖作用向上覆水體釋放金屬元素，該過(guò)程受有機(jī)質(zhì)分解驅(qū)動(dòng)，孔隙水的酸堿度值降低、有機(jī)配體含量增加，促使錳氧化物釋放其吸附的金屬。

　　最后，研究提出“自下而上”的元素循環(huán)新框架。其模型顯示，傳統(tǒng)的可逆清掃機(jī)制實(shí)際造成海水溶解金屬的凈損失，必須依靠海底通量來(lái)維持深海金屬元素質(zhì)量平衡。釹同位素分析進(jìn)一步表明，約10%至30%的通量來(lái)自沉積物中火山硅酸鹽物質(zhì)的風(fēng)化，揭示出一種此前被忽視的全新物質(zhì)來(lái)源。

　　發(fā)現(xiàn)缺失的關(guān)鍵拼圖

　　杜江輝指出，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)海洋元素循環(huán)中缺失的關(guān)鍵拼圖，不僅革新學(xué)界對(duì)痕量金屬在海洋中循環(huán)方式的理解，也揭示在深海痕量金屬元素循環(huán)中海底這個(gè)長(zhǎng)期被忽視的關(guān)鍵角色。

　　在理論層面，提出水體顆粒吸附與沉積釋放耦合的元素循環(huán)新模型，為解釋銅、鎳等海洋痕量金屬的分布提供了統(tǒng)一框架。

　　在資源層面，闡明深海稀土富集機(jī)制，指出水體過(guò)程而非沉積后改造是控制海底金屬礦藏形成的主因。

　　在地球系統(tǒng)科學(xué)層面，突出洋中脊熱液來(lái)源錳氧化物在海洋元素循環(huán)中的核心角色，并揭示海底硅酸鹽風(fēng)化的潛在碳匯效應(yīng)，從地球系統(tǒng)科學(xué)維度為未來(lái)研究提供新視角、指明新方向。(完)