近日，廣州海洋地質調查局教授級高級工程師鄧義楠團隊攜手中國科學院地質與地球物理研究所等機構，在深海銅循環研究領域取得重大突破，發現深海沉積物是現代銅循環的主要儲庫。相關成果發表于《全球生物地球化學循環》（Global Biogeochemical Cycles）。
海洋銅同位素循環平衡模型。研究團隊供圖銅，作為支撐全球經濟的關鍵金屬礦產，在汽車、航空航天、新能源等前沿工業領域應用廣泛，是科技進步與國防安全的核心要素。同時，它也是海洋初級生產者不可或缺的微量營養元素，對調節生物生產力、塑造海洋生態系統種群構成起著關鍵作用。因此，深入探究海洋銅循環，對研究現代及古代海洋生物地球化學過程意義重大。
然而，長期以來，平衡的海洋銅循環模型始終未能有效建立，這意味著海洋中存在未被確定的富銅端元。這一現狀不僅制約著深海銅資源儲量的精準評估，也嚴重限制了對銅在海洋生態中功能與歸宿的系統認知。深化海洋銅循環研究，既是實現資源可持續利用的戰略需求，也是洞察海洋生態與環境演化奧秘的關鍵所在。
在國家自然科學基金等項目支持下，研究團隊對東南太平洋（熱液區）和西太平洋（非熱液區）深海遠洋沉積物的銅含量及同位素特征展開系統對比研究，詳細闡明了深海沉積物中銅元素的來源、主要賦存形式以及遷移、循環、富集機制。研究發現，熱液區和非熱液區深海沉積物中的自生銅比例高達88%至99%，且主要賦存于鐵錳氧化物中，這些氧化物直接從海水中捕獲并富集銅元素。
尤為關鍵的是，該研究顛覆傳統認知，指出富含鐵錳氧化物的深海遠洋沉積物才是現代海洋中銅的主要儲庫。其銅同位素組成（0.01‰±0.13‰，2SD）遠低于暴露在海水中的鐵錳結核和結殼（~0.30‰），而過去研究一直以鐵錳結核和結殼的銅同位素組成替代深海遠洋沉積物，存在明顯誤差。
基于這一發現，研究團隊重新評估了深海氧化沉積物中銅的通量，首次構建了海洋銅循環的平衡模型。這一成果為利用銅同位素反演古氣候與古環境開辟了新途徑，極大地豐富了地學領域的研究手段與理論體系。它更新了對海洋銅資源分布的認知，為深海礦產勘探提供了全新視角。
此外，研究涉及的深海沉積物還異常富集稀土元素，且稀土元素的遷移、富集和循環模式與銅存在相似之處。借助此次獲取的銅同位素數據，有望明確深海稀土形成環境的關鍵指標，如氧化還原狀態和元素來源等。
值得一提的是，近年來，鄧義楠團隊在深海金屬元素循環與富集機制研究方面成果豐碩，為深海礦產資源勘探奠定了堅實基礎。此次研究在其前期工作基礎上，進一步明確了深海遠洋沉積物作為關鍵過渡金屬元素儲庫的角色，為深海稀土等戰略資源的勘探和形成機理研究提供了關鍵示蹤手段。
相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2025GB008791