近日，广州海洋地质调查局教授级高级工程师邓义楠团队携手中国科学院地质与地球物理研究所等机构，在深海铜循环研究领域取得重大突破，发现深海沉积物是现代铜循环的主要储库。相关成果发表于《全球生物地球化学循环》（Global Biogeochemical Cycles）。
海洋铜同位素循环平衡模型。研究团队供图铜，作为支撑全球经济的关键金属矿产，在汽车、航空航天、新能源等前沿工业领域应用广泛，是科技进步与国防安全的核心要素。同时，它也是海洋初级生产者不可或缺的微量营养元素，对调节生物生产力、塑造海洋生态系统种群构成起着关键作用。因此，深入探究海洋铜循环，对研究现代及古代海洋生物地球化学过程意义重大。
然而，长期以来，平衡的海洋铜循环模型始终未能有效建立，这意味着海洋中存在未被确定的富铜端元。这一现状不仅制约着深海铜资源储量的精准评估，也严重限制了对铜在海洋生态中功能与归宿的系统认知。深化海洋铜循环研究，既是实现资源可持续利用的战略需求，也是洞察海洋生态与环境演化奥秘的关键所在。
在国家自然科学基金等项目支持下，研究团队对东南太平洋（热液区）和西太平洋（非热液区）深海远洋沉积物的铜含量及同位素特征展开系统对比研究，详细阐明了深海沉积物中铜元素的来源、主要赋存形式以及迁移、循环、富集机制。研究发现，热液区和非热液区深海沉积物中的自生铜比例高达88%至99%，且主要赋存于铁锰氧化物中，这些氧化物直接从海水中捕获并富集铜元素。
尤为关键的是，该研究颠覆传统认知，指出富含铁锰氧化物的深海远洋沉积物才是现代海洋中铜的主要储库。其铜同位素组成（0.01‰±0.13‰，2SD）远低于暴露在海水中的铁锰结核和结壳（~0.30‰），而过去研究一直以铁锰结核和结壳的铜同位素组成替代深海远洋沉积物，存在明显误差。
基于这一发现，研究团队重新评估了深海氧化沉积物中铜的通量，首次构建了海洋铜循环的平衡模型。这一成果为利用铜同位素反演古气候与古环境开辟了新途径，极大地丰富了地学领域的研究手段与理论体系。它更新了对海洋铜资源分布的认知，为深海矿产勘探提供了全新视角。
此外，研究涉及的深海沉积物还异常富集稀土元素，且稀土元素的迁移、富集和循环模式与铜存在相似之处。借助此次获取的铜同位素数据，有望明确深海稀土形成环境的关键指标，如氧化还原状态和元素来源等。
值得一提的是，近年来，邓义楠团队在深海金属元素循环与富集机制研究方面成果丰硕，为深海矿产资源勘探奠定了坚实基础。此次研究在其前期工作基础上，进一步明确了深海远洋沉积物作为关键过渡金属元素储库的角色，为深海稀土等战略资源的勘探和形成机理研究提供了关键示踪手段。
相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2025GB008791