中太平洋C海山富钴结壳铁锰矿物的组成、成分特征及其成因意义

采用X射线衍射和微区电子探针法,对2006年"大洋一号"考察船在中太平洋C海山取得的典型富钴结壳样品进行了铁锰矿物的组成和成分特征分析,结果显示:(1)结壳的老壳层中铁锰矿物具有水羟锰矿、钡镁锰矿和钠水锰矿的特征组合,其相对含量分别为45.5%、30.1%和24.4%;中间壳层和年轻壳层中铁锰矿物为水羟锰矿,表明结壳各层生长的环境条件不同.(2)铁锰矿物集合体中Mn/Fe值从老壳层到年轻壳层具有明显降低的趋势,老壳层Mn/Fe值大于20,最高达90;中间壳层Mn/Fe值在2～5之间,年轻壳层Mn/Fe值在1～2之间.铁锰矿物集合体探针测得的结壳老壳层元素的总百分含量稳定在75%左右,中间壳层和年轻壳层为50%～80%.Si、Ti元素含量从老壳层到年轻壳层有增加的趋势,在中间疏松层中百分含量均达到最高值,分别为3.17%和1.53%,表明自老壳层到年轻壳层,碎屑物质或有机质等对结壳的影响程度有增大的趋势.由此可见,研究区富钴结壳主要为水成成因,主要发育了水羟锰矿;老壳层生长期间受到局部海水氧化还原条件变化的影响,铁锰相矿物发生重结晶或重组而形成了水羟锰矿、钡镁锰矿和钠水锰矿特征组合,这种特征铁锰矿物组合的研究对于全面理解海水环境条件变化与结壳成因的关系具有重要的意义.     

海底铁锰结核和结壳物质组成特征及其形成控制因素

比较研究了铁锰结核和结壳矿物及其元素组成。结核的锰矿物主要有δ-MnO2、钡镁锰矿和钠水锰矿，结壳则主要是δ-MnO2。相对结核，磷灰石含量在结壳中明显增加。矿物组成的变化造成了结核和结壳元素组成的差异。最明显的是Co和稀土元素含量在结壳中显著升高，Mn、Ni和Cu等降低。这与其形成环境及所经受的海底地球化学作用性质的强度不同有关。     

南海多金属结壳(核)铁锰矿物/海水界面效应与成矿元素的富集

海底铁锰结壳和结核是重要的海底矿产资源,蕴含着丰富的金属元素并且具有巨大的经济价值。本文主要以南海多金属结壳（核）为研究对象,采用X射线粉晶衍射（XRD）、激光拉曼光谱、红外光谱分析（FTIR）以及X射线光电子能谱对铁锰矿物的矿物学和谱学特征进行了系统的分析和研究。粉晶衍射和拉曼光谱分析结果表明,南海多金属结壳的矿物组成为水羟锰矿、石英和长石,结核的矿物组成为钡镁锰矿、水羟锰矿、石英和长石,铁相矿物均为无定形铁氧化物/氢氧化物,并且锰相矿物和铁相矿物的结晶程度均较差。红外光谱分析结果显示多金属结核和结壳中的铁锰矿物具有大量表面羟基,这些含质子表面羟基官能团,可为海水中各成矿元素的络合提供丰富的活性位点。XPS分析表明多金属结核和结壳中铁锰矿物表面以Fe、Mn和O元素为主,其中Fe呈正三价态,Mn以正四、正三价为主,可能还含有少部分正二价态。对比南海多金属结壳（核）与太平海山结壳,南海多金属结壳（核）具有更为显著的表面羟基氧（-OH）含量,而太平洋海山结壳则以晶格氧（O^2-）为主,表明太平洋海山结壳铁锰矿物结晶程度较南海多金属结壳（核）高。综合研究表明,在海底铁锰结壳和结核中（氢）氧化锰/铁矿物与海水之间界面效应对金属离子的富集机理主要有：（1）金属离子与矿物表面羟基进行络合反应,形成以配位键相连的羟基络合物,或与表面的质子交换生成稳定的内层络合物;（2）矿物的带电表面与金属离子通过静电作用形成双电层,生成外层络合物;（3）金属离子与矿物结构中的Mn、Fe离子同晶置换而成为结构阳离子。     

太平洋多金属结核中铁锰矿物分析及成因研究

铁锰矿物是大详多金属结核的重要组成,了解不同类型结核中主要铁锰矿物种类、形态、分布特点和结晶程度等,不仅有助于对锰矿物乃至多金属结核成因的研究,而且对选矿冶炼和资源的综合利用也具有现实意义.本文通过透射电子显微镜等多种手段综合分析与鉴定,指出多金属结核中主要铁锰矿物有钙锰矿、水羟锰矿、水钠锰矿、方锰矿、锰铁矿和针铁矿等.结晶程度普遍较差,钙锰矿结晶相对好于其他矿物,并在粗糙型结核中含量高,外层至核心含量稳定,变化小.水羟锰矿广为分布,但结晶差.铁矿物含量东区低于西区,结核外壳铁含量高于内核.锰矿物分布在叠层石柱体和纹层内,呈束状、纤维状和树枝状,与建造多金属结核的超微生物菌丝体形态一致.粗糙型结核是选冶的主要对象.     

人工合成锰矿物及微结核（结壳）

介绍了在蒸馏水０～１０℃条件下,如在含Ｎｉ,Ｃｏ,Ｃｕ和有机质的溶液以及不同底质的合成海水中常温常压条件下合成黑锰矿,钠水锰矿,钡镁锰矿,羟锰矿,菱锰矿以及黑锰矿微结核（直径５．８～４３．５μｍ）结壳（厚度２０～３３μｍ）的合成实验方法和结果,并得出,控制锰矿物形成的条件是,除必要的物质来源外,起决定作用的是形成环境的酸碱度和氧化还原电位。     

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素（镧系元素加钇,简称REY）等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层（C8-5）、黑色铁锰致密层（C8-2、C8-3和C8-4）和发育葡萄状球体的粗糙表面（C8-1）。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高,说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16～1.85,且各...     

西太平洋某海域锰结核的矿物学及矿物化学研究

锰结核中的矿物是对结核生长环境反映。对结核进行X射线衍射分析表明:结核中锰矿物主要为水羟锰矿,并含有石英、钙十字沸石、斜长石、以及绿脱石、辉石、方解石和少量的蒙脱石、伊利石、角闪石、绿泥石、白云石、锐钛矿等。锰矿物表明该区为氧化环境,且受到火山、热液活动的影响。定量分析结果表明结核各矿物的含量变化很大,说明结核的生长过程中环境发生了变化。电子探针分析结果表明:结核锰矿物的组分含量变化较大,表明结核的元素来源的不稳定性。     

东南太平洋秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核的矿物学和地球化学特征及成因类型

本文通过对秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核开展地球化学和矿物学研究,探讨了埋藏型大洋锰结核的有用组分的富集、清扫机制及成因类型。该区铁锰结核致密层和疏松层互层具有明显的多孔树状微结构,结核主要由10?锰矿相、7?锰矿相(水钠锰矿)和δ-MnO₂(水羟锰矿)等锰相矿物组成,成分上具有高Mn、低Fe和中等Ni+Cu、Mo(分别为44.79%、0.55%、0.46%、0.05%)的亚氧化成岩型特征和低的Co、Ti、Zn和REY元素(REY_SN均小于1)含量。铁锰结核中低含量的Mo和大部分的Ni与Mn氧化物清扫有关,其中Mo与Mn相关系数R=0.65,高Mn/Fe(>300)中Ni含量同样很高(0.34%),其他元素如Cu、Ti和REY均与Fe的羟基氧化物及铝硅酸盐相关性较高(R>0.8)。铁锰结核Fe、Ni+Cu、Mo、REY元素含量和Mn/Fe比值在分层上呈现规律性变化,致密层的Ce_SN负异常和疏松层的Ce_SN正异常进一步表明,铁锰结核的生长过程经历亚氧化-氧化成岩作用的环境条件变化,该变...     

东太平洋多金属结核的矿物组成及元素赋存特征

根据１９８８年东太平洋海盆多金属结构资源调查取得的结构样品和资料,利用Ｘ－射线衍射、红外光谱、ＸＰＳ光电能变和扫描电镜等分析方法,对结核核心和壳层（层纹构造区与斑杂构造区）的矿物组成及元素赋存特征进行了对比研究。结果表明：（１）核心主要由粘土矿物组成,只含少量结晶差的锰铁矿铁为主,层纹构造区的锰相矿物主要为δ－ＭｎＯ２,斑杂构造区的锰相矿物则为结晶稍好的钠水锰矿和δ－ＭｎＯ２。（２）结核金属元素主     

马里亚纳海沟挑战者深渊初期多金属氧化物的 矿物学、地球化学特征及其成因环境研究

对大洋27航次在西太平洋马里亚纳海沟挑战者深渊获取的3个多金属氧化物样品进行了X射线矿物衍射分析、穆斯堡尔谱分析及地球化学元素分析,研究其矿物、地球化学特征差异。结果表明,所取样品处于多金属氧化物发育的初始阶段,具有独特的矿物地球化学特征:(1)相较于太平洋CC区及中太平洋海盆获取的多金属结核样品,本研究样品的矿物组成中含有异常高的石英、斜长石以及黏土矿物,而水羟锰矿和钙锰矿含量较低。(2)样品中铁相矿物主要为正方针铁矿(91.6%),另含少量纤铁矿(8.4%),推测是纤铁矿向更加稳定的正方针铁矿衍变的结果。(3)由于样品中深海黏土组分以及氧化物核心物质的混入,加上吸附金属氧化物时间较短,导致SiO₂和Al₂O₃含量均高于正常结核,而Fe、Mn、Cu、Co、Ni等其余金属元素含量较低。(4)由于形成时间较短,样品中稀土元素含量相对较低,ΣREE仅约为0.4×10^-3(一般太平洋CC区及中太平洋结核中稀土含量均大于1.0×10^-3);加之海水氧化还原作用的降低以及研究区海底热液活动的影响,Ce元素未表现出多金属结核中常见的正异常。     

东太平洋多金属结核中铁、锰元素的分形演化及其意义

运用分形理论,通过建立不同的相空间,计算了东太平洋多金属结核中的铁、锰元素的时间序列在各相空间中的关联分维,并与其在沉积物岩心中的关联分维进行了对比.通过研究发现,多金属结核中铁、锰元素和沉积物中Fe₂O₃及MnO在分形演化过程中均存在分维吸引子,认为沉积物中的Fe₂O₃和MnO可以用3个变量来描述,它们可能代表了火山、生物和陆地的三种来源,而描述结核中的铁、锰元素却需要14个变量,反映多金属结核中铁、锰元素的来源和/或赋存非常复杂,至少有14个因素在起作用,可能暗示了结核在形成过程中存在复杂的生物化学作用,为多金属结核的生物成因提供了间接的数学证据,同时也合理解释了结核生长结构所具有的自相似韵律现象.     

南海南部表层沉积物中生物硅的分布及其环境意义

对南海南部25个表层沉积样进行了生物硅的测定分析,试图揭示南海南部表层沉积生物硅的分布及其对现代海洋环境的指示意义,以便为古海洋学研究提供进一步的科学依据。研究发现,表层沉积物中生物硅含量与其所处水深呈显著正相关关系,相关系数达到0．782。陆架浅水区表层沉积物中生物硅含量非常低,不能反映表层水体中硅质生物生产力情况,这可能与沉积类型和陆源物质输入影响有关。深水区表层沉积物中生物硅的含量分布表明,其不仅能反映出表层水体中硅质生物的古生产力水平,而且还能指示上升流的强弱,从而进一步证实了利用沉积物中生物硅含量来追踪上升流发育和变化的有效性与可信度。研究结果还显示,在研究区域中北部表层沉积生物硅中放射虫和海绵骨针较硅藻占有更大的比重,这可能是由于硅藻易被溶解并易被其他生物体摄食的缘故。在有上升流发育的海域,放射虫、硅藻和海绵骨针基本上均表现出较高的丰度,这与高的生物硅含量相一致。     

南海南部表层沉积物中生物硅的分布及其环境意义

对南海南部25个表层沉积样进行了生物硅的测定分析,试图揭示南海南部表层沉积生物硅的分布及其对现代海洋环境的指示意义,以便为古海洋学研究提供进一步的科学依据。研究发现,表层沉积物中生物硅含量与其所处水深呈显著正相关关系,相关系数达到0.782。陆架浅水区表层沉积物中生物硅含量非常低,不能反映表层水体中硅质生物生产力情况,这可能与沉积类型和陆源物质输入影响有关。深水区表层沉积物中生物硅的含量分布表明,其不仅能反映表层水体中硅质生物的古生产力水平,而且还能指示上升流的强弱,从而进一步证实了利用沉积物中生物硅含量来追踪上升流发育和变化的有效性与可信度。研究结果还显示,在研究区域中北部表层沉积生物硅中放射虫和海绵骨针较硅藻占有更大的比重,这可能是由于硅藻易被溶解并易被其他生物体摄食的缘故。在有上升流发育的海域,放射虫、硅藻和海绵骨针基本上表现出较高的丰度,这与高的生物硅含量相一致。     

Coupling of benthic oxygen uptake and silica release: implications for estimating biogenic particle fluxes to the seafloor

A new approach to predict biogenic particle fluxes to the seafloor is presented, which is based on diffusive oxygen uptake and, in particular, opal fluxes to the seafloor. For this purpose, we used a recently published empirical equation coupling benthic silica to oxygen fluxes, and showing a clear negative correlation between Si and O₂ fluxes. Dissolution of biogenic silica mediated by aerobic microbial activity has been inferred at 24 sites along the African and South American continental margins. Based on the assumption that these findings hold essentially for the entire Southern Atlantic Ocean, we applied the silica to oxygen flux ratio to a basin-wide grid of diffusive oxygen uptake extracted from the literature. Assuming that the silica release across the sediment-water interface equals the particulate flux of biogenic opal to the seafloor, we estimated minimum opal rain rates. We combined these calculations with published relationships between aerobic organic carbon mineralization and dissolution rates of calcite above the hydrographical lysocline, thereby assessing the calcite rain rate and particulate organic carbon flux to the seafloor. The addition of the buried fraction completes our budget of biogenic particulate rain fluxes. The combination of such empirical equations provides a powerful and convenient tool which greatly facilitates future investigations of biogenic particle fluxes to the seafloor.     

Evidence for the formation of different‐sized nodules by different accretionary processes

Abstract

Studies on different‐sized polymetallic nodules from the Central Indian Ocean Basin reveal that chemical composition is largely related to the nodule diameter which show systematic decrease in Mn, Cu, and Ni content with increase in nodule size. S and I type nodules are more abundant than B, L, and V types. Nodules grouped according to their size have common morphological, mineralogical, and geochemical characteristics and all six groups have distinguishing properties. There is evidence which suggests that the smaller (M and I) nodules are diagenetic and the larger (S, B, L, and V) are hydrogenetic, exhibiting variations in todorokite abundance and in chemical composition. There is also substantial evidence that the nodules of high economic value (Cu + Ni + Co%) can be sorted out on the basis of simple morphological parameters.     

From species abundance to opal input: Simple geometrical models of radiolarian skeletons from the Atlantic sector of the Southern Ocean

Radiolarian-based paleoceanographic reconstructions generally use the abundance of selected radiolarian species. However, the recent focus on the opal flux and the development of isotope measurements in biogenic opal and the organic matter embedded in it demands a better knowledge of the origin of the opal. We present here an estimation of the opal content of the skeleton of 63 radiolarian species from two sites in the Southern Ocean. The skeletons are modelled as associations of simple geometrical shapes, and the volume thus obtained is combined with opal density to obtain the amount of opal. These data are, thus, used to determine the most important opal carriers in the radiolarian assemblage in both cores.     

太平洋CC区多金属结核的分类问题

本文论述了多金属结核分类的目的及应遵循的原则，结合DY85－4航次对结核的调查研究，依据结核的表面构造特征将结核分为：光滑型、粗糙型及光滑十粗糙型。详细地叙述了不同类型多金属结核的特征及形成环境。通过对前人关于多金属结核分类的回顾和评述，指出了前人分类的某些缺点和不足，并着重强调了我们采用分类的优点和可行性。