近日，广东工业大学环境科学与工程学院教授袁鹏团队同合作者，在自生磷灰石的形成机制及其环境效应研究方面取得重要进展。他们发现了一类深海自生磷灰石及其重要磷汇效应。相关成果发表于美国《国家科学院院刊》（PNAS）。

深海环境中钙十字沸石促进自生碳氟磷灰石形成示意图。研究团队供图

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磷是海洋有机生命体的主要营养元素，对海洋初级生产力具有关键约束作用。磷埋藏是海洋磷的长期保留形式，控制着海洋磷储层的输入和输出，其多以自生碳氟磷灰石矿物的形式赋存于海洋沉积物。自生碳氟磷灰石通常分布于初级生产力高的上升流海域，而深海沉积环境作为自生碳氟磷灰石赋存的重要潜力区域，其磷赋存特征及所涉矿物相结构和成因机制等重要问题却尚不清楚。

为此，袁鹏团队研究了西太平洋东马里亚纳海盆（深度约6100米）和菲律宾海（约5500米）的若干深海沉积物样品，发现其中广泛存在着自生碳氟磷灰石与钙十字沸石矿物共生的现象。此类自生碳氟磷灰石矿物晶粒呈六方柱状，镶嵌或附着于钙十字沸石表面，其成分中富含稀土元素；钙十字沸石则呈柱状，以聚集体形式赋存，其内部含有方铈石矿物的纳米颗粒。

研究团队通过采用高分辨透射电子显微镜、X射线近边吸收谱等分析手段，并结合长时间尺度的矿物合成模拟实验，提出了该类自生碳氟磷灰石-钙十字沸石矿物共生现象的成因机制：钙离子从钙十字沸石的内部孔隙迁移到表面，与钙十字沸石表面吸附的磷酸根离子反应，在沸石表面形成无定形磷酸钙，进而转化为细粒自生碳氟磷灰石颗粒。该机制是一种尚未被认知的适用于深海低生产力环境中的自生碳氟磷灰石形成机制。

鉴于低生产力区域深海环境存在丰富的钙十字沸石，该研究基于海洋钙十字沸石的沉积速率，估算出通过上述成因机制形成的自生碳氟磷灰石对海洋磷积累的贡献高达1.30-2.56 μmol/cm²·kyr，相当于深海磷总积累速率（8.3 μmol/cm²·kyr）的八分之一至三分之一。

该研究同时指出，钙十字沸石诱导自生碳氟磷灰石形成很可能是深海环境中一种广泛存在的矿物界面反应，该场景中自生碳氟磷灰石对于海洋磷循环乃至对于深海稀土富集具有重要潜在作用，值得进一步研究。

上述研究由袁鹏团队与南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）、自然资源部第二海洋研究所、中国科学院广州地球化学研究所、澳门科技大学、广州海洋地质调查局和汉堡大学等单位共同完成，并得到国家自然科学基金、国家高层次人才特殊支持计划等项目的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2407683122