近日，广州海洋地质调查局教授级高级工程师邓义楠团队通过多学科综合分析，初步定量揭示了微生物铁循环在促进稀土元素向孔隙水释放及最终富集于磷灰石中的关键作用，并指出中中新世气候转型等全球气温波动事件可能通过增强海洋生产力驱动这一过程。相关成果在线发表于《通讯地球与环境》。

深海稀土元素（REY）作为关键战略资源和古环境指标，其富集机制对资源勘探和地球系统演化研究具有重要意义。当前研究多关注驱动深海REY富集的无机地球化学过程，而对微生物介导的生物地球化学循环及其气候驱动因素的认识仍明显不足。西北太平洋皮嘉费他盆地的富REY沉积物为破解这一难题提供了理想载体。

在国家自然科学基金等项目资助下，研究人员以西北太平洋深海沉积岩芯GC112（水深约5700米）为研究对象，整合了地球化学、环境磁学和显微技术等多学科手段，重点聚焦微生物铁循环及其标志性矿物——生物成因磁铁矿。研究发现，富REY层段（年龄约11.8-13 Ma）中稀土总量（ΣREY）高达2300 mg/kg，且与磷、钙含量呈显著正相关（R²≥0.96），暗示磷灰石是REY的主要宿主。同时，该层段出现质量磁化率升高、铁同位素相对负偏（δ⁵⁶Fe低至–0.08‰）等特征，结合高温-室温-低温全温段磁学分析和透射电镜观测，确认了单畴（SD；粒径25-80 nm）和超顺磁（SP；粒径<25 nm）生物成因磁铁矿的存在，其占比至少可达总磁铁矿的75.7%。

研究提出，微生物铁还原过程通过驱动铁（氢）氧化物的次生矿化（而非完全溶解），显著降低其比表面积，促使携带的REY通过晶格排斥作用释放至孔隙水，最终被生物磷灰石或自生磷灰石捕获。通过铁同位素混合模型和磁组分量化分析，估算微生物铁循环对REY富集的贡献率至少达17.6%。进一步结合年代学框架，发现REY富集期与中中新世气候转型吻合。

在此期间，全球变冷强化了赤道与极地间的温度梯度，增强了全球风场与上升流。由此带来的表层营养盐供应增加，显著提升了海洋表层初级生产力和向深海的有机质输送通量。这些环境条件对REY由水柱向沉积物-孔隙水系统的迁移具有积极影响，同时在表层沉积物中诱发的亚氧环境为微生物铁代谢创造了有利条件。

该研究首次系统揭示了微生物铁循环在深海REY富集中的定量贡献，建立了“气候-海洋生产力-微生物代谢-稀土成矿”的联动机制，为理解关键金属元素的生物地球化学循环及资源预测提供了新范式。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-025-03100-8