研究發現微生物驅動氟碳鈰礦溶解為稀土成礦供源

　　中國科學院廣州地球化學研究所研究員何宏平團隊在國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的資助下，研究發現微生物驅動氟碳鈰礦溶解為風化殼型稀土礦床提供成礦物源。近日，相關成果在線發表于《地球化學與宇宙化學學報》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。

　　風化殼型稀土礦床（又稱離子吸附型稀土礦床）是全球中重稀土資源的主要來源。在該類礦床形成過程中，原生（含）稀土礦物風化釋放稀土元素是稀土最終在風化殼中以離子吸附態富集成礦的關鍵，但各類稀土賦存礦物的溶解行為及其對成礦的貢獻尚未明晰。

　　氟碳鈰礦在成礦基巖中廣泛分布，同時也是三大稀土工業礦物之一。氟碳鈰礦等稀土氟碳酸鹽礦物通常在半風化層便完全風化，因此認為它們的抗風化能力較弱，是成礦的重要物質來源。然而，溶解反應熱力學計算結果卻表明氟碳鈰礦在風化殼型稀土礦床的弱酸性地下水環境中（pH=5.4-6）無法溶解。野外觀測與模擬計算結果的不一致引發了對氟碳鈰礦風化溶解機制的疑問。

　　為此，研究團隊基于其前期研究提出“微生物作用可能是驅動氟碳鈰礦風化釋放稀土元素的重要動力”這一假設并利用風化型稀土礦床風化殼中原位棲息的微生物菌株開展了礦物溶解實驗。研究發現，與熱力學計算結果一致，在與風化殼深部地下水環境相近的pH=6條件下，氟碳鈰礦難以通過酸解反應被溶解。

　　然而，相似條件下，微生物顯著增強了氟碳鈰礦溶解，稀土元素的溶解量提升約2個數量級。微生物釋放的葡萄糖酸、酒石酸等強有機配體，通過絡合和酸解作用協同促進稀土元素活化。在風化殼中氟碳鈰礦等稀土氟碳酸礦物通常在弱風化層已大量風化，過快的風化速率可能導致稀土元素過早流失，反而限制了其對成礦的有效貢獻。

　　經估算，在pH=6條件下，實驗測定的氟碳鈰礦的溶解速率接近或略低于相似條件下估算的部分長石和云母類礦物的溶解速率。由此推斷，氟碳鈰礦溶解釋放出的稀土元素能被這些造巖礦物風化形成的黏土礦物吸附富集，從而為成礦提供物質來源。

　　上述發現表明微生物是驅動氟碳鈰礦自然風化的重要因素，為氟碳鈰礦溶解的熱力學計算結果與自然現象之間的矛盾提供了可能的解釋，同時也為認識風化殼型稀土礦床成礦物源以及完善其生物地球化學成礦模型提供了新視角。