海洋中痕量元素与同位素(TEIs)如同神秘的密码，既调控着海洋生命的营养供给，又记录着地球系统的演化历史。然而科学界对其循环机制长期存在"可逆清除"与"边界交换"两种对立观点——前者认为水柱颗粒过程主导元素分布，后者强调沉积物对水柱化学组成的改造作用。这种认知分歧直接影响着TEIs作为古海洋学示踪剂的解读，例如钕同位素(143
Nd/144
Nd)既可能反映水团混合历史，又可能记录局部沉积物来源，导致数据解释陷入"钕悖论"困境。
为破解这一难题，由苏黎世联邦理工学院Jianghui Du领衔的国际团队在《Nature》发表突破性研究。通过对中太平洋深渊区水柱-沉积物系统的多参数分析，结合创新的三维建模技术，首次构建了从水柱清除到海底通量的完整循环框架。研究发现：
颗粒载体革命性认知
GEOTRACES数据显示，尽管锰氧化物(MnO2
)仅占深水颗粒质量的1%，却贡献了50-90%的钕清除量（图1）。沉积物分析进一步证实，生物颗粒对稀土元素(REE)的输送可忽略不计，而自生沉积物中76±9%的钕赋存于氧化物相。这种从水柱到沉积物的质量平衡关系，彻底颠覆了传统模型中生物颗粒主导清除的假设。
氧化成岩驱动海底通量
通过反应-运移模型再现了孔隙水REE剖面，发现pH降低和有机配体增加导致氧化物表观分配系数(Kd
)下降，促进金属解吸。尽管清除效率高达95%，但深渊沉积物仍通过两种机制向水柱释放金属：循环组分（再释放水柱清除元素）和新组分（沉积硅酸盐风化产生）。这种氧化环境下的成岩转化，与大陆边缘的还原性通量机制形成鲜明对比。
海底几何的放大效应
研究创新性地量化了海底形态学的影响：深渊区（>3000米）虽单位面积通量小，但因面积/体积比随深度呈指数增长（图3e-f），加之底强化混合使扩散长度达5公里，使得深渊海底成为全球TEIs循环的"隐形引擎"。三维模型显示，这种机制能完美解释太平洋溶解钕浓度随深度近乎线性增加的现象，而传统"可逆清除"模型则产生偏差显著的营养型剖面。
同位素循环范式转换
钕同位素模拟揭示：仅10-30%的火山硅酸盐风化新通量（εNd
≈+10），就足以解释北太平洋深水εNd
相对于南太平洋源水的显著放射成因偏移（图4）。这种非保守性变化与有机碳δ13
C随水团年龄的变化趋势相反，凸显了底向上与顶向下过程的不同示踪特性。
关键技术方法包括：1) 整合GEOTRACES全球颗粒数据建立元素特异性分配系数；2) 中太平洋152°W断面三个深渊站位的孔隙水-沉积物系统采样；3) 人工神经网络重建三维MnO2
分布场；4) 耦合OCIM2-48L环流模型与SedTrace成岩模型；5) 钕同位素质量平衡约束新/旧通量比例。
这项研究从根本上改变了人们对海洋痕量金属循环的认知：深渊海底并非化学惰性区域，而是通过氧化成岩持续改造全球海洋化学组成。其意义不仅在于解决"钕悖论"等长期争议，更启示我们：海底地形演化可能通过调控混合强度影响全球元素循环，而海洋硅酸盐风化可能是以往低估的碳汇途径。这些发现为理解地质历史时期海洋化学变迁提供了全新视角，也为评估痕量金属对气候变化的响应机制奠定了理论基础。
