海底熱液活動的發現是20世紀海洋科學研究中的重大事件之一，其與生命活動的調查研究已成為當代海洋科學、地質學、地球化學、礦床學及海洋生物學等多學科的重大前沿熱液研究領域，同時也是國際海洋資源競争的一個重要部分。本研究通過對比南大西洋洋中脊（SMAR）中位于12°S ~ 15°S之間的熱液影響區和正常遠洋沉積物的地球化學特征，揭示了熱液活動對熱液區周邊沉積物的影響及稀土元素的來源。圖1展示了研究樣品的采集位置，其中22Ⅱ-TVG04、22Ⅳ-TVG04、22Ⅴ-TVG10和26Ⅴ-TVG05站位分别位于南大西洋的Rainbow Bay(Caifan)、TaiJi和Deyin熱液區附近；并在本文中将樣品22Ⅴ-TVG14作為正常遠洋沉積物進行對比。

圖1. 南大西洋洋中脊表層沉積物采樣站點

研究結果表明，靠近熱液區的沉積物地球化學特征與遠離熱液區的沉積物相比，其代表性金屬（如Fe、Mn、Mg、Cu、Zn、Co等）和REE明顯富集，這些元素主要來源于熱液活動。圖2為樣品的REE球粒隕石标準化配分模式圖，樣品具有LREE富集，Eu負異常的特征，證實了海水的混合作用。然而，樣品REE分布模式與普遍熱液流體的分布模式存在差異，主要歸因于低溫流體的擴散。其中，樣品22Ⅴ-TVG13的Ce正異常可能歸因于該樣品中的Mn含量較高，Ce⁴⁺與Mn⁴⁺類質同象，從而取代了Mn結核晶格中的Mn⁴⁺。使用較少的(Nd/Yb)_CN指标在本研究中被用來區分低溫熱液輸入或羽狀流的清除（圖3），與“低溫流體擴散”的結論相一緻。同時，樣品22V-TVG13的地球化學特征與熱液區附近的樣品相似，在該站位附近可能存在未被發現的熱液區，這對我國未來對海底的礦産資源勘探具有重要的指示意義。

圖2. REE球粒隕石标準化配分模式圖

圖3. 沉積物樣品的Ce/Ce^*_CN與(Nd/Yb)_CN的相關關系圖

本論文以“Geochemical characteristics of sediments in the southern Mid-Atlantic Ridge indicate hydrothermal activity: Evidence from rare earth elements”為題，在國際海洋學JCR 1區Top期刊Marine and Petroleum Geology上發表。本文以太阳集团app首页碩士研究生王汶卓為第一作者，太阳集团1088vip、青島海洋科學與技術國家實驗室海洋礦産資源評價與探測技術功能實驗室黃鑫副教授為論文通訊作者，中科院海洋所陳帥副研究員合作參與論文工作。該研究受到了國家自然科學基金、中國科學院海洋地質與環境重點實驗室開放基金、太阳集团app首页“南海青年學者”項目、廣東省普通高校創新團隊項目的支持。

Citation: Wang W., Huang X., Chen S., et al. 2024. Geochemical characteristics of sediments in the southern Mid-Atlantic Ridge indicate hydrothermal activity: Evidence from rare earth elements. Marine and Petroleum Geology.168(2024): 107041.

全文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2024.107041