近日，我所海洋地质与地球物理研究室科研团队依托自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室、山东省深海矿产资源开发重点实验室，在深海氧化环境下海水中钼元素输出路径研究方面取得新进展。研究成果以“垂向扩散调控深海沉积物钼同位素组成变化及其全球循环意义（Vertical diffusion modulates molybdenum isotope variability in pelagic deep-sea sediments and global cycling implications）”为题，在线发表于国际顶级地学期刊《Geology》。

钼是海洋中的重要痕量金属元素，广泛参与海洋生物固氮等重要生命过程，又与稀土等关键金属元素协同富集于深海沉积物中。钼元素含量和同位素组成，是解析海洋生物地球化学循环、理解深海关键金属富集机制的重要示踪剂。长期以来，海洋地球化学领域存在一道悬而未决的科学谜题：海水中的钼以何种途径输出并保存在深海沉积物中？不同海洋过程又是如何改变深海沉积物的钼同位素特征？以往学界主流观点认为：在深海氧化环境中，钼主要通过直接吸附于结核、结壳和沉积物中的锰（氢）氧化物而从海水中移除，该过程的钼同位素分馏相对恒定。但近年越来越多的观测研究却给出了矛盾的证据—富含锰（氢）氧化物的深海沉积物中钼同位素组成变化显著，暗示深海氧化环境中还存在尚未被发现的钼输出路径。全球海洋中超过80%的海底被深海沉积物所覆盖，这些沉积物是关键氧化性钼储库，对全球海洋钼循环具有重要调控作用。因此，阐明深海沉积物钼同位素变化机制、厘清深海氧化环境下海水中钼元素输出路径，对深刻理解认识海洋钼循环意义重大。

为解开这一科学谜团，研究团队选择西太平洋4个深海沉积物岩芯，系统开展了沉积物-孔隙水钼含量与同位素测试分析。研究发现，在深海氧化环境下，除传统认识的锰（氢）氧化物直接吸附之外，沉积物孔隙水的垂向扩散对钼输出发挥了不可忽视的重要作用，这为重新评估全球海洋钼循环提供了重要依据。研究表明，受有机质降解和锰（氢）氧化物还原溶解共同驱动，深海沉积物孔隙水中的钼会在沉积物−海水界面和深层锰（氢）氧化物还原界面发生富集；在浓度梯度驱动下，钼在孔隙水中发生“自上而下”和“自下而上”的双向垂向扩散，最终再次被锰（氢）氧化物吸附固定（图1）。

基于上述发现，本研究构建起锰（氢）氧化物吸附-孔隙水垂向扩散协同调控的深海钼输出新机制。该机制有效解释了长期困扰学界的深海沉积物钼含量、同位素异常变化现象，并据此重新厘定了现代全球海洋钼收支循环模型（图2）。定量结果显示，深海氧化环境下，沉积物−海水界面处“自上而下”的扩散通量可达钼总输出通量的——11%（——0.3×108 mol/yr），这一重要输出路径此前被完全忽略（图2）。特别需要指出的是，类似的孔隙水迁移和矿物再吸附作用也可能也会影响稀土等多种关键金属。本研究建立的钼循环新机制，为解析深海沉积物中稀土等关键金属的富集规律提供了新的研究视角，对深海关键金属研究具有重要参考价值。

本成果是在“自然资源部深海稀土资源勘查创新团队”全体成员共同努力下取得的，得到了国家自然科学基金共享航次计划项目（航次号：NORC2023-304，批准号：42249301）、面上和重点项目（批准号：42576250和42430408）等联合资助。我所石学法研究员为论文通讯作者，毕东杰副研究员为第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1130/G54619.1

图1 研究站位深海沉积物及其孔隙水元素和钼同位素组成垂向分

图2 论文重新厘定的现代海洋钼循环模型