DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2026.123355
تاريخ النشر: 2026-03-05
المؤلف: Yi Huang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجيوكيمياء والتحليل العنصري
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تركيزات العناصر الرئيسية وعناصر الأرض النادرة (REEs) في سوائل المسام من تسع عينات تم جمعها من قنوات بنغهو وقاوبينغ تحت البحر في جنوب شرق تايوان. تهدف الدراسة إلى توضيح العمليات البيوجيوكيميائية خلال التغير المبكر في الرواسب المميزة بترسبات الطمي. تكشف النتائج عن انخفاض كبير في ΣREE من 600 إلى 200 pM ضمن الـ 500 سم العليا من الرواسب، مع ارتباط أعلى التركيزات بعملية ذوبان أكاسيد المنغنيز في منطقة الانتقال الأكسدي. بالإضافة إلى ذلك، يُعزى انخفاض تركيزات الكالسيوم والمغنيسيوم إلى تكوين كربونات أوثيجينية خلال اختزال الكبريتات، والتي لا تفصل عناصر الأرض النادرة. عند أعماق أكبر، لوحظ غنى بالعناصر الثقيلة من الأرض النادرة (HREEs)، على الأرجح بسبب تحلل المادة العضوية في منطقة الميثانوجينيسيس.
تخلص الدراسة إلى أن عمليات التغير المبكر، بما في ذلك التفاعلات الأكسدية واختزال الكبريتات، تؤثر بشكل كبير على سلوك REE في سوائل المسام. على وجه الخصوص، تسهم عملية ذوبان أكاسيد المنغنيز في نمط غني بالعناصر المتوسطة من الأرض النادرة (MREE)، بينما تعزز عملية الميثانوجينيسيس تركيزات HREE. علاوة على ذلك، تشير نسب Y/Ho الفائقة الموجودة في سوائل المسام من وادي قاوبينغ إلى اختلاط كبير مع مياه البحر وزيادة في جمع المواد المتآكلة. بشكل عام، تبرز الأبحاث التغيرات الديناميكية وغير المستقرة في توزيع REE في سوائل المسام داخل بيئات الترسيب ذات الطاقة العالية، مما يبرز التفاعلات المعقدة بين تغير الرواسب والدورات البيوجيوكيميائية في شمال بحر الصين الجنوبي.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم لتغير الرواسب في التأثير على الدورات البيوجيوكيميائية، وتدفقات القاع، والحفاظ على بصمات البيئة القديمة في الرواسب. توضح الاستخدام المتسلسل لمستقبلات الإلكترون من قبل المجتمعات الميكروبية، مما يؤدي إلى تطوير مناطق أكسدية مميزة مع زيادة عمق الدفن. بينما ركزت الدراسات السابقة على سلوك العناصر النادرة في الطبقات السطحية التفاعلية، لا يزال هناك فجوة كبيرة في البيانات المتعلقة بتركيزات العناصر النادرة في تسلسلات الرواسب الطويلة، خاصة في الطبقات العليا من الرواسب، بسبب التحديات في الجمع والتحليل.
تؤكد الورقة على فائدة عناصر الأرض النادرة (REEs) في تتبع العمليات البيوجيوكيميائية وإعادة بناء بيئات تغير الرواسب. تشير إلى أن فصل REE في الرواسب وسوائل المسام يتأثر بعوامل مختلفة، بما في ذلك المصدر، والذوبان، والحالة الأكسدية. يشير المؤلفون إلى أن سجلات REE الحالية متفرقة جغرافياً، خاصة في ترسبات الطمي ذات معدلات الترسيب العالية، مما يعقد الفهم الشامل لسلوكها في سوائل المسام. لمعالجة هذه الفجوة، تحلل الدراسة بشكل منهجي تركيزات العناصر الرئيسية والنادرة في سوائل المسام من عينات الرواسب في قنوات قاوبينغ وبنغهو في شمال بحر الصين الجنوبي، بهدف تقييم تأثير التغير المبكر على REEs في هذه البيئات الرسوبية ذات الطاقة العالية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم جمع عينات الرواسب من ست عينات طويلة من Calypso وثلاث عينات من CAlypso SQuare box (CASQ) على طول ضفاف قنوات قاوبينغ وبنغهو تحت البحر خلال رحلة HydroSed في يونيو 2018. كشفت التحليلات السداسية أن وادي قاوبينغ، المتأثر بنهر قاوبينغ، يشهد نقل رواسب كبير بسبب الأمطار الغزيرة والجريان السطحي خلال أحداث الأعاصير، مما يؤدي إلى تركيزات عالية من الرواسب المعلقة وتكوين طبقات نيفلوييد. تتكون صخور العينات من وادي قاوبينغ بشكل أساسي من ترسبات الطمي، مع اختلافات في السمك وحجم الحبيبات مرتبطة بارتفاعها فوق قاع الوادي.
تم تقدير معدلات الترسيب للعينات، حيث أظهرت المواقع القريبة (HS1 و HS2) معدلات تبلغ حوالي 510-560 سم/كيو، بينما أظهرت المواقع البعيدة (HS3) معدلًا أقل يبلغ حوالي 130 سم/كيو. كانت معدل الترسيب لعينة MD18-3569 من وادي بنغهو أقل بكثير عند ~55 سم/كيو، مما يعكس انفصالها عن التأثيرات المباشرة للنهر. بشكل عام، تؤكد النتائج الديناميات الرسوبية المميزة المرتبطة بالسياقات الهيدرولوجية والجغرافية المختلفة لوادي قاوبينغ وبنغهو.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح نتائج الدراسة، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها، وأهمية النتائج، وكيف ترتبط بالفرضيات الأولية. قد يتضمن القسم جداول، أو رسوم بيانية، أو أشكال توضح البيانات بصريًا، مما يوفر تمثيلًا واضحًا للنتائج.
بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يتم وضع النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مما يبرز كيف تساهم في المجال الأوسع للدراسة. يتم أيضًا مناقشة أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، جنبًا إلى جنب مع تفسيرات محتملة. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتأكيد أهداف البحث وإظهار آثار النتائج على الأبحاث المستقبلية أو التطبيقات العملية.
المناقشة
يركز قسم المناقشة في ورقة البحث على تحليل عينات سوائل المسام المجمعة من عينات الرواسب في الهامش الجنوبي لتايوان، مع تسليط الضوء على المنهجيات المستخدمة لجمع العينات والتحليلات الكيميائية اللاحقة للعناصر الرئيسية والنادرة (REEs). تم استخراج سوائل المسام باستخدام أعواد خزفية نظيفة مسبقًا ومحاقن فراغ، مع تصفية دقيقة وتحمض للحفاظ على سلامة العينة. استخدمت الدراسة جهاز ThermoScientific ICP-MS لقياس تركيزات العناصر، مما يضمن الدقة من خلال طرق الإضافة القياسية وتصحيحات الفراغ المنهجية. تشير النتائج إلى اختلافات كبيرة في تركيزات العناصر مع العمق، مما يعكس العمليات التغيرية المتأثرة بتكوين الرواسب وظروف الأكسدة.
تكشف النتائج الرئيسية أن العناصر الرئيسية مثل الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم تظهر اتجاهات منهجية، مع انخفاضات ملحوظة في تركيزات الكالسيوم والمغنيسيوم في الـ 800 سم العليا من بعض العينات، على الأرجح بسبب عمليات ترسيب الكربونات. تظهر العناصر النادرة مثل المنغنيز، والموليبدينوم، واليورانيوم أنماطًا مميزة مرتبطة بالانتقالات الأكسدية، حيث تصل تركيزات المنغنيز إلى ذروتها في البيئات التي تفتقر إلى الأكسجين، بينما تنخفض تركيزات اليورانيوم، مما يشير إلى مستويات منخفضة من الأكسجين. تُظهر تركيزات REE علاقة معقدة مع صخور الرواسب، مع تركيزات أعلى في الرواسب الهيميبلاجية مقارنةً بترسبات الطمي. تختتم الدراسة بأن تحلل المادة العضوية وعمليات اختزال الكبريتات تؤثر بشكل كبير على فصل REE في سوائل المسام، حيث تؤثر طبقات الطمي على توزيع وتركيز هذه العناصر، مما يوفر رؤى حول الديناميات الجيوكيميائية للبيئة الرسوبية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2026.123355
Publication Date: 2026-03-05
Author(s): Yi Huang et al.
Primary Topic: Geochemistry and Elemental Analysis
Overview
This research investigates the concentrations of major and rare earth elements (REEs) in sediment pore fluids from nine cores collected along the Penghu and Gaoping submarine canyons in southeastern Taiwan. The study aims to elucidate biogeochemical processes during early diagenesis in sediments characterized by turbidite deposits. Findings reveal a significant decrease in ΣREE from 600 to 200 pM within the upper 500 cm of sediment, with the highest concentrations linked to the dissolution of manganese oxides in the redox transition zone. Additionally, decreases in calcium and magnesium concentrations are attributed to the formation of authigenic carbonates during sulfate reduction, which does not fractionate REEs. At greater depths, an enrichment of heavy rare earth elements (HREEs) is noted, likely due to organic matter degradation in the methanogenesis zone.
The study concludes that the early diagenesis processes, including redox reactions and sulfate reduction, significantly influence REE behavior in pore fluids. Specifically, the dissolution of Mn oxides contributes to a middle rare earth element (MREE)-enriched pattern, while the methanogenesis process enhances HREE concentrations. Furthermore, the super-chondritic Y/Ho ratios observed in pore fluids from the Gaoping Canyon indicate substantial mixing with seawater and enhanced scavenging of detrital materials. Overall, the research highlights the dynamic and non-steady state variations of REE distributions in pore fluids within high-energy depositional environments, emphasizing the complex interactions between sediment diagenesis and biogeochemical cycling in the northern South China Sea.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of sediment diagenesis in influencing biogeochemical cycling, benthic fluxes, and the preservation of paleo-environmental signatures in sediments. It outlines the sequential utilization of electron acceptors by microbial communities, which leads to the development of distinct redox zones as burial depth increases. While previous studies have focused on trace element behavior in reactive surface layers, there remains a significant gap in data regarding trace element concentrations in long sediment sequences, particularly in upper sediment layers, due to challenges in collection and analysis.
The paper emphasizes the utility of rare earth elements (REEs) in tracing biogeochemical processes and reconstructing sediment diagenesis environments. It notes that REE fractionation in sediments and pore fluids is influenced by various factors, including provenance, dissolution, and redox state. The authors point out that existing REE records are geographically scattered, particularly in turbidite deposits with high sedimentation rates, which complicates a comprehensive understanding of their behavior in pore fluids. To address this gap, the study systematically analyzes major and trace element concentrations in pore fluids from sediment cores in the Gaoping and Penghu submarine canyons of the northern South China Sea, aiming to assess the impact of early diagenesis on REEs in these high-energy sedimentary environments.
Methods
In this study, sediment samples were collected from six long Calypso cores and three CAlypso SQuare box (CASQ) cores along the banks of the Gaoping and Penghu submarine canyons during the HydroSed cruise in June 2018. The sedimentological analysis revealed that the Gaoping Canyon, influenced by the Gaoping River, experiences significant sediment transport due to intense rainfall and runoff during typhoon events, leading to high suspended-sediment concentrations and the formation of nepheloid layers. The lithology of the cores from the Gaoping Canyon predominantly consists of turbidite deposits, with variations in thickness and grain size correlated to their elevation above the canyon thalweg.
Sedimentation rates were estimated for the cores, with proximal sites (HS1 and HS2) exhibiting rates of approximately 510-560 cm/kyr, while distal sites (HS3) showed a lower rate of about 130 cm/kyr. The sedimentation rate for Core MD18-3569 from the Penghu Canyon was notably lower at ~55 cm/kyr, reflecting its detachment from direct river influences. Overall, the findings underscore the distinct sedimentary dynamics associated with the differing hydrological and geological contexts of the Gaoping and Penghu canyons.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, including any statistical analyses performed, the significance of the results, and how they relate to the initial hypotheses. The section may include tables, graphs, or figures that illustrate the data visually, providing a clear representation of the findings.
Additionally, the results are often contextualized within the framework of existing literature, highlighting how they contribute to the broader field of study. Any unexpected outcomes or anomalies are also discussed, along with potential explanations. Overall, this section serves to validate the research objectives and demonstrate the implications of the findings for future research or practical applications.
Discussion
The discussion section of the research paper focuses on the analysis of pore fluid samples collected from sediment cores in the southern margin of Taiwan, highlighting the methodologies used for sampling and the subsequent chemical analyses of major, trace, and rare earth elements (REEs). Pore fluids were extracted using precleaned ceramic sticks and vacuum syringes, with careful filtration and acidification to preserve sample integrity. The study utilized ThermoScientific ICP-MS for element concentration measurements, ensuring accuracy through standard addition methods and systematic blank corrections. The results indicate significant variations in element concentrations with depth, reflecting diagenetic processes influenced by sediment composition and redox conditions.
Key findings reveal that major elements such as sodium, calcium, and magnesium exhibit systematic trends, with notable decreases in calcium and magnesium concentrations in the upper 800 cm of certain cores, likely due to carbonate precipitation processes. Trace elements like manganese, molybdenum, and uranium show distinct patterns associated with redox transitions, where manganese concentrations peak in oxygen-depleted environments, while uranium concentrations decrease, indicating low oxygen levels. The REE concentrations demonstrate a complex relationship with sediment lithology, with higher concentrations in hemipelagic sediments compared to turbidite deposits. The study concludes that organic matter degradation and sulfate reduction processes significantly influence REE fractionation in pore fluids, with turbidite layers affecting the distribution and concentration of these elements, thereby providing insights into the geochemical dynamics of the sedimentary environment.