氡同位素（222Rn）是研究海洋水动力过程和物质收支的良好示踪工具，有关大洋水体222Rn的研究工作最早可追溯至上世纪五十年代。近日，海化重点实验室独辟蹊径，将氡同位素应用于全球大洋多金属结核和结壳等海底矿产资源量的研究中取得新进展，不仅拓展了氡同位素示踪海洋学过程的应用领域，更为定位全球深海铁锰结核和结壳资源进而估算其资源量（覆盖率）提供了一种极具潜力的新方法。
多金属结核和结壳主要由铁氢氧化物和锰氧化物组成，故通常也被称为铁锰结核和结壳，富含镍、钴、铜、钛和稀土等金属元素，是极具开发价值的重要的海底矿产资源。由于铁锰氧化物能够有效地吸附海水中的镭同位素，因此可利用镭衰变产生并释放进入水体的氡同位素的信号来指示海底铁锰结核和结壳的丰度。课题组通过总结GEOSECS国际科学计划的观测数据，发现大洋底边界层存在的氡同位素过剩（ex222Rn）通量远大于分子扩散、物理混合、生物活动等过程的贡献，而铁锰结核和结壳可能是之前被忽略的大洋底部主要的氡源。通过分析全球大洋底层ex222Rn通量（或222Rn活度）与海底铁锰结核和结壳存在概率（或锰结核覆盖率）的空间对应关系，发现在大洋底层ex222Rn通量大于107 dpm/m2/yr（或底层水体222Rn活度大于2000 dpm/m3）的区域，海底铁锰结核和结壳存在概率大于80%，且铁锰结核和结壳覆盖率大于25%。该研究首次提出氡同位素可以作为一种新的、有效的示踪工具来定位全球深海铁锰结核和结壳资源并估算其覆盖率。
图1 (a) 全球大洋底部铁锰结核出现概率分布（数据来自Dutkiewicz et al., 2020）；(b) 大洋底部过剩氡通量与铁锰结核存在概率的关系；(c) 大洋底层水体222Rn 活度与铁锰结核存在概率的关系。
上述成果在地学领域国际知名期刊《Geophysical Research Letters》(Nature Index期刊)上发表。海化重点实验室博士后郭肖伊为第一作者，许博超教授和于志刚教授为共同通讯作者。论文由中国海洋大学海化重点实验室、物理海洋重点实验室、海底科学与探测技术重点实验室、深海圈层与地球系统前沿科学中心以及青岛海洋科学与技术试点国家实验室、同济大学、自然资源部第一海洋研究所、中国地质调查局青岛海洋地质研究所、美国佛罗里达州立大学、美国阿拉巴马大学等单位的相关学者合作完成。研究工作得到国家自然科学基金和中央高校基本科研专项资金等项目的资助。
参考文献：Xiaoyi Guo, Bochao Xu*, Huaming Yu, William C. Burnett, Sanzhong Li, Ergang Lian, Zenghui Zhu, Shibin Zhao, Guangquan Chen, Xiaoyong Duan, Natasha Dimova, Yanni Wang, Guangchao Zhuang, Zhigang Yu*. 2022. Exploration of deep ocean ferromanganese nodule fields using radon as a tracer. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL100726.DOI: 10.1029/2022GL100726
