海底热液活动的发现是20世纪海洋科学研究中的重大事件之一，其与生命活动的调查研究已成为当代海洋科学、地质学、地球化学、矿床学及海洋生物学等多学科的重大前沿热液研究领域，同时也是国际海洋资源竞争的一个重要部分。本研究通过对比南大西洋洋中脊（SMAR）中位于12°S ~ 15°S之间的热液影响区和正常远洋沉积物的地球化学特征，揭示了热液活动对热液区周边沉积物的影响及稀土元素的来源。图1展示了研究样品的采集位置，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热液区附近；并在本文中将样品22Ⅴ-TVG14作为正常远洋沉积物进行对比。

图1. 南大西洋洋中脊表层沉积物采样站点

研究结果表明，靠近热液区的沉积物地球化学特征与远离热液区的沉积物相比，其代表性金属（如Fe、Mn、Mg、Cu、Zn、Co等）和REE明显富集，这些元素主要来源于热液活动。图2为样品的REE球粒陨石标准化配分模式图，样品具有LREE富集，Eu负异常的特征，证实了海水的混合作用。然而，样品REE分布模式与普遍热液流体的分布模式存在差异，主要归因于低温流体的扩散。其中，样品22Ⅴ-TVG13的Ce正异常可能归因于该样品中的Mn含量较高，Ce⁴⁺与Mn⁴⁺类质同象，从而取代了Mn结核晶格中的Mn⁴⁺。使用较少的(Nd/Yb)_CN指标在本研究中被用来区分低温热液输入或羽状流的清除（图3），与“低温流体扩散”的结论相一致。同时，样品22V-TVG13的地球化学特征与热液区附近的样品相似，在该站位附近可能存在未被发现的热液区，这对我国未来对海底的矿产资源勘探具有重要的指示意义。

图2. REE球粒陨石标准化配分模式图

图3. 沉积物样品的Ce/Ce^*_CN与(Nd/Yb)_CN的相关关系图

本论文以“Geochemical characteristics of sediments in the southern Mid-Atlantic Ridge indicate hydrothermal activity: Evidence from rare earth elements”为题，在国际海洋学JCR 1区Top期刊Marine and Petroleum Geology上发表。本文以广东海洋大学硕士研究生王汶卓为第一作者，广东海洋大学海洋与气象学院、青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室黄鑫副教授为论文通讯作者，中科院海洋所陈帅副研究员合作参与论文工作。该研究受到了国家自然科学基金、中国科学院海洋地质与环境重点实验室开放基金、广东海洋大学“南海青年学者”项目、广东省普通高校创新团队项目的支持。

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.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2024.107041