北极海域铁锰结核和结壳的分布与成因
发布时间：2021-09-17 02:54
对公开发表的有关北极海域铁锰结核和结壳的分布区域、化学成分,矿物类型以及年代学等数据资料进行搜集整理后发现,目前已知的浅水铁锰样品主要分布在喀拉海和楚科奇海域内,而深水铁锰样品主要位于楚科奇海台、加拿大海盆、门捷列夫海岭和阿尔法海岭内。深水铁锰样品主要为水生成因,除Mn外,主要有用金属含量均远高于浅水样品,且多种金属与全球重要结核和结壳成矿带内的样品含量相当,展示出一定的资源潜力。深水铁锰样品生长时间长达1 500万a,对应着中新世弗拉姆海峡开启,北冰洋开始与北大西洋进行深水交换时期。浅水铁锰样品主要为成岩成因,周边陆源非金属物质的供给量较大,资源潜力低。
【文章来源】：海洋地质前沿. 2020,36(07)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
北极海域内铁锰结核和结壳的分布
图3 北极海域内铁锰结核和结壳的稀土元素标准化配分特征（海水数据引自[29])通常情况下，成岩成因型结核比水生成因型结核更容易富集诸如Cu、Ni等有用金属，且形成速度可比水生成因型结核高数倍到数百倍[1-2]。虽然喀拉海中分布的以铁锰结核为主的样品主要为成岩成因型，但离陆地太近，陆源非金属物质的供给量过大，生长速度相对过快，来不及从周边水体中摄取足够量的有用元素，因而无法像楚科奇海台、加拿大海盆、门捷列夫海岭、阿尔法海岭等深水区域内的结壳和结核样品一样展示出颇为诱人的资源潜力。
海底铁锰结核和结壳内的稀土元素不仅是未来开发利用的重要有用金属，还可有效指示铁锰结核和结壳的生长环境和生长过程[24-26]。北极海域内铁锰结核和结壳样品的ΣREY以轻稀土为主，在ΣREY中的比例为62%～81%，平均值为71%[8,13,16,20]。ΣREY出现以上分布特征主要源自铁锰结核和结壳对海水和孔隙水内轻稀土元素的优先清扫[25,27]。其中，深水环境下以铁锰结壳为主的样品ΣREY含量远高于浅水环境下以铁锰结核为主的样品。轻稀土在深水样品ΣREY中的比例为75%～81%，平均值为78%，略高于轻稀土在浅水样品中的比例（轻稀土在浅水样品ΣREY中的比例为62%～73%，平均值为68%)[8,13,16,20]。这2类不同水深环境样品的稀土元素后太古界澳大利亚页岩（PAAS）标准化配分特征也差异极大（图3），深水样品展示出明显的Ce正异常和微弱的Y负异常特征，而浅水样品的Ce负异常则较为微弱。深水样品的Ce强正异常主要来自于样品内Ce3+向难溶、难解吸Ce4+的氧化转变累积和对海水内Ce4+的直接清扫，而Y弱负异常则是因为其在铁锰结核和结壳内稳定性较差，相对其他稀土元素容易发生解吸所致[25,28]。浅水样品的Ce呈现出弱负异常，这表明其生长的物理化学环境无法促使Ce的氧化累积。除了这2种元素外，其他稀土元素的分布特征较为一致，展示出相似的铁锰结核和结壳与海水的交换平衡过程。海底铁锰结核和结壳一般可分为水生成因型、成岩成因型、热液成因型及以上诸类型的混合，利用稀土元素还可以有效地将其成因类型区分开来[24]（图4）。北极海域内深水铁锰结核和结壳以高Nd含量，高Ce正异常为典型特征，基本位于水生成因型的范畴。而主要分布在喀拉海内的浅水铁锰结核和结壳则以低Nd含量，弱Ce负异常为特征，基本落入成岩成因型区域内。以上成因类型也与其矿物组成特征十分吻合。此外，楚科奇海域浅水型铁锰结核虽然可能有热液组分的供给，但主要为成岩成因[19]。北极海域内结核结壳样品的成分特征还显示它们与太平洋等开阔海域中的样品存在明显差异，北极海域的铁锰结核和结壳普遍生长速率较快，样品内存在大量陆源碎屑物质，即使分布在北极深水区域内的样品也不例外[13-14,16]。这可能反映了北美和西伯利亚克拉通遭受侵蚀，河流、冰川以及洋流将这些侵蚀产物向北极海域各处运移[13]。相对于全球其他海域内的铁锰结核和结壳，北极深水样品还异常富集Sc,Sc被铁羟基氧化物吸附和富Sc陆源碎屑的存在是Sc含量异常高的主要原因，也是陆源物质大量供给结壳和结核的证据[1-2,13]。年代学测定工作显示相当数量的北极深水铁锰结壳的生长起始于1 000万a前，最古老样品的年龄约为1 480万a，这指示出中新世时期弗拉姆海峡开启，北冰洋得以与北大西洋进行深水交换，由此驱动了深水铁锰结壳和结核在约1 500万a前开始生长[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国第九次北极科学考察中的意外发现——多金属结核[J]. 陈红霞,魏泽勋,于晓果,宋普庆,沈权. 海洋学报. 2018(12)
本文编号：3397818
【文章来源】：海洋地质前沿. 2020,36(07)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
北极海域内铁锰结核和结壳的分布
图3 北极海域内铁锰结核和结壳的稀土元素标准化配分特征（海水数据引自[29])通常情况下，成岩成因型结核比水生成因型结核更容易富集诸如Cu、Ni等有用金属，且形成速度可比水生成因型结核高数倍到数百倍[1-2]。虽然喀拉海中分布的以铁锰结核为主的样品主要为成岩成因型，但离陆地太近，陆源非金属物质的供给量过大，生长速度相对过快，来不及从周边水体中摄取足够量的有用元素，因而无法像楚科奇海台、加拿大海盆、门捷列夫海岭、阿尔法海岭等深水区域内的结壳和结核样品一样展示出颇为诱人的资源潜力。
海底铁锰结核和结壳内的稀土元素不仅是未来开发利用的重要有用金属，还可有效指示铁锰结核和结壳的生长环境和生长过程[24-26]。北极海域内铁锰结核和结壳样品的ΣREY以轻稀土为主，在ΣREY中的比例为62%～81%，平均值为71%[8,13,16,20]。ΣREY出现以上分布特征主要源自铁锰结核和结壳对海水和孔隙水内轻稀土元素的优先清扫[25,27]。其中，深水环境下以铁锰结壳为主的样品ΣREY含量远高于浅水环境下以铁锰结核为主的样品。轻稀土在深水样品ΣREY中的比例为75%～81%，平均值为78%，略高于轻稀土在浅水样品中的比例（轻稀土在浅水样品ΣREY中的比例为62%～73%，平均值为68%)[8,13,16,20]。这2类不同水深环境样品的稀土元素后太古界澳大利亚页岩（PAAS）标准化配分特征也差异极大（图3），深水样品展示出明显的Ce正异常和微弱的Y负异常特征，而浅水样品的Ce负异常则较为微弱。深水样品的Ce强正异常主要来自于样品内Ce3+向难溶、难解吸Ce4+的氧化转变累积和对海水内Ce4+的直接清扫，而Y弱负异常则是因为其在铁锰结核和结壳内稳定性较差，相对其他稀土元素容易发生解吸所致[25,28]。浅水样品的Ce呈现出弱负异常，这表明其生长的物理化学环境无法促使Ce的氧化累积。除了这2种元素外，其他稀土元素的分布特征较为一致，展示出相似的铁锰结核和结壳与海水的交换平衡过程。海底铁锰结核和结壳一般可分为水生成因型、成岩成因型、热液成因型及以上诸类型的混合，利用稀土元素还可以有效地将其成因类型区分开来[24]（图4）。北极海域内深水铁锰结核和结壳以高Nd含量，高Ce正异常为典型特征，基本位于水生成因型的范畴。而主要分布在喀拉海内的浅水铁锰结核和结壳则以低Nd含量，弱Ce负异常为特征，基本落入成岩成因型区域内。以上成因类型也与其矿物组成特征十分吻合。此外，楚科奇海域浅水型铁锰结核虽然可能有热液组分的供给，但主要为成岩成因[19]。北极海域内结核结壳样品的成分特征还显示它们与太平洋等开阔海域中的样品存在明显差异，北极海域的铁锰结核和结壳普遍生长速率较快，样品内存在大量陆源碎屑物质，即使分布在北极深水区域内的样品也不例外[13-14,16]。这可能反映了北美和西伯利亚克拉通遭受侵蚀，河流、冰川以及洋流将这些侵蚀产物向北极海域各处运移[13]。相对于全球其他海域内的铁锰结核和结壳，北极深水样品还异常富集Sc,Sc被铁羟基氧化物吸附和富Sc陆源碎屑的存在是Sc含量异常高的主要原因，也是陆源物质大量供给结壳和结核的证据[1-2,13]。年代学测定工作显示相当数量的北极深水铁锰结壳的生长起始于1 000万a前，最古老样品的年龄约为1 480万a，这指示出中新世时期弗拉姆海峡开启，北冰洋得以与北大西洋进行深水交换，由此驱动了深水铁锰结壳和结核在约1 500万a前开始生长[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国第九次北极科学考察中的意外发现——多金属结核[J]. 陈红霞,魏泽勋,于晓果,宋普庆,沈权. 海洋学报. 2018(12)
本文编号：3397818
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