到深海去寻“稀”溯源

原标题：到深海去寻“稀”溯源（主题）

——记广州海洋地质调查局青年专家邓义楠（副题）

中国自然资源报记者 赵婧

在深海矿产家族中，有一种被称为“工业维生素”的金属——稀土，因其不可替代的战略作用、广泛的应用场景，牵动着世界各国矿产布局的神经。十多年来，广州海洋地质调查局（以下简称广海局）邓义楠团队，在浩瀚幽暗的海水中捕捉稀土的影子，在壮观多样的海山和海盆中寻觅稀土富集的区域。

2022年，邓义楠参与组织研发的保真采样水下机器人“海蜇号”，在3000米深海区海试成功。同年，邓义楠团队又破解了深海稀土超常富集机制这一国际难题。技术研发推动着稀土基础研究稳步前行，邓义楠团队的科研成果给我国深海稀土矿产资源开发利用带来了新的契机。

前不久，记者在广海局见到了青年专家、深海找矿人邓义楠。年仅37岁的他，一如初次出海时，谈起稀土满怀热情。

邓义楠在实验室进行同位素实验。中国自然资源报记者 赵婧 摄

初出茅庐，另辟蹊径

2014年5月，“海洋六号”科学考察船一声长鸣，从广州东江口海洋地质专用码头起航，远赴太平洋执行深海资源和大洋科学考察任务。“海洋六号”此次远征的重要任务之一就是在太平洋开展深海稀土资源调查，为圈定深海稀土资源成矿远景区提供依据。

那时，刚从中国地质大学（北京）矿物学、岩石学、矿床学专业毕业一年的邓义楠，乘坐“海洋六号”船开始了他人生的首次出海科考。

2013年，我国首次综合利用多种调查手段开展深海沉积物稀土资源调查，证实了海洋沉积物中稀土矿存在的可能性，初步了解了调查区稀土资源的分布状态。对于稀土矿从何而来，在2014年的“海洋六号”上，中国地调局深海资源调查航次首席科学家何高文在科研讨论时对邓义楠说：“稀土矿产可能来源于海水。”正是这句话，给初出茅庐的邓义楠带来了一束光，由此开启了一段颇为艰难的科研之路。

“当时大多数研究者都是通过沉积物采样分析来研究稀土，我就在想，我能否做一些和别人不一样的研究，没准会有不一样的发现。”邓义楠认为，对于稀土研究来说，如果“源”的问题解决不了，”汇”的问题也讲不清楚。于是，他试图从海水中寻找稀土的“影子”，并通过海水中稀土含量的变化，对其寻根溯源。

攻坚克难，保真取样

在浩瀚的海水中寻觅小小的稀土，邓义楠遇到的第一个难题是如何获取保真的海水样品。海水中稀土的含量大约是10-12微克/升，是沉积物中稀土含量的10亿分之一。由于本体信号极低，任何一点点的污染就会改变样品中的元素含量，因此取样时要做到近乎绝对清洁。

“海底取样和陆上取样不一样。海洋是一个高压、低温的极端环境，具有独特的生物、化学特征。通过正常的方式取样，会改变样品的原位环境，进而影响样品的微生物、化学特征，就很难还原海水的原貌特征了。”邓义楠说，从2014年开始的4年时间，团队一直都在努力攻克海水取样问题。

一次次夜以继日，一次次攻坚克难。邓义楠从取样材料、取样方法上着手，在经过无数次尝试后，最终采用实验室无污染材料特氟龙作为内胆，镶嵌在耐压材料内部，既解决了整体密闭性问题，也保证了内外压力一致，做到保压、保气、绝对清洁。2022年3月的某一天，保真取样设备终于研发成功，邓义楠异常兴奋，“这意味着，我们可以捕捉到深海金属元素的‘影子’了。”

在解决取样材料问题的基础上，邓义楠团队又逐步攻克了高稳姿态、高分辨率等难点，成功自主研制了沉积物（含上覆水）、孔隙水、底层海水等3种高保真取样器，实现海底多目标、同时间、高分辨率的气密保真取样，解决了因常规取样而引起的样品扰动、气相组分散失、微生物死亡、氧化态改变等海洋样品采集失真的国际难题。

随后，为了让样品保真采集技术扩大应用范围，邓义楠作为项目负责人之一，与广海局的同事们突破了10多项关键技术，共同研发了“海蜇号”近海底移动探测系统。“海蜇号”集搭载、布放、回收于一体，水下作业机动灵活，作业手段多样，精细化程度高，可以同步实现近海底精确定位、多传感器数据同步采集、多种保真取样装置同时取样。

2022年，“海蜇号”在南海超3000米深海区海试成功，这让我国海底原位保真取样技术迈向了国际一流。

四年沉寂，终获成果

取样的问题解决后，邓义楠团队将研究重点转向深海稀土超常富集机制，研究稀土是如何从海水迁移到沉积物中，进而形成矿产的。

采集到保真样品后，最大问题是样品中稀土含量太低，仪器测不出来。这一难点也解释了大多数科研人员从深海沉积物中寻找稀土的原因。

“沉积物中稀土的含量相当于海水中稀土含量的10亿倍，测试沉积物中的稀土含量很容易，但海水中的稀土含量远远低于仪器的检测线。”邓义楠回忆说，当时，最高精尖的设备能测试出的物质最低含量是10-9级别，距离海水稀土含量还差3个数量级。

如何将海水中的稀土测出来？邓义楠采取的方法是，首先将海水富集，然后调高仪器的灵敏度。

为了避免人工操作过多导致样品污染，团队又研发了检测仪器，对样品进行自动化分析处理。

稀土测得准，是有一条标准曲线的。从2014年到2017年，邓义楠一直在实验室反复利用这个方法进行测试。“2017年的某一天，突然看到测试曲线和标准曲线一样准确，特别惊喜。”邓义楠说，回望过去4年的日日夜夜，只有自己明白其中的艰辛，“一开始，我就找了最难的路，4年时间没有任何成果。”好在广海局支持有潜力的研究，对科研人员的激励政策非常全面。

经过反复测试，邓义楠终于发现，孔隙水对稀土的保存是深海富稀土沉积物的主要物源，大量的稀土元素留存于沉积物，通过孔隙水迁移至生物磷灰石中，导致深海稀土富集。团队还发现，海山地形促使洋流速度增强，流速过强不利于稀土的富集，海盆比海山区更易形成富稀土沉积物，提出了海山向海盆过渡带是稀土富集最有利区域。

在这些研究发现的基础上，邓义楠团队建立了“源、运、汇、聚”成矿地质模型，有利于系统指导我国深海稀土找矿工作。

报效祖国，豪情满怀

“了解稀土从河流、入海到大海不同层位的迁移之后，就能知道稀土最终是如何落到沉积物中的。了解了这个过程之后，就能知道哪儿的稀土矿可能形成得更好，哪儿分布得更多。找到海水中稀土元素流动的规律，就能推断哪些地方会有稀土，避开了全球取样的成本。”邓义楠说，个人的科学研究只有和祖国的需求紧密联系在一起，才更能体现研究价值。

2012年，我国提出建设海洋强国。当时还在中国地质大学（北京）矿物学、矿床学、岩石学专业就读的邓义楠就想，“国家对海洋提出了战略性需求，海洋矿产的调查研究，刚好与我所学的专业能结合起来。”于是，2013年，邓义楠毕业后另辟蹊径，选择了和其他同学不一样的就业方向，来到广海局开始了海洋矿物研究。

彼时，陆地稀土资源日益紧缺，而深海蕴藏着资源量巨大的稀土矿产，据初步估算，海洋稀土储量是陆地上的上千倍，还都是富集重稀土。然而，深海稀土的富集机制问题一直悬而未决，一定程度上影响了勘查和开发的进程。

邓义楠初到广海局的那一年，我国第一次进行海上稀土调查研究。2014年，第一次出海的邓义楠就参加了太平洋深海稀土资源调查，立即找到了所学专业与国家需求的切合点。

广海局实验测试研究所的曹珺和邓义楠几乎是同时进入广海局的。在邓义楠身上，她看到了对科研的热爱，“他是一个非常刻苦的人，而且精力旺盛。我们日常要承担很多业务工作，科研要花费大量业余时间。邓义楠经常看文献到深夜，晚上十一二点给他留言，都可以立即得到他的回复。他抓住了8小时以外的时间来提升自己。”

2023年6月来到广海局的博士朱扬涛则从邓义楠的科研之路看到了成果产生的路径，“他将陆地地质的一些方法加以改进，进而应用到海洋中。好方法和好样品结合，诞生了好成果。”近年来，在邓义楠的努力下，广海局引入了多名青年博士，涉及专业包括微生物、磁学、有机电化学等，几年前在海洋研究单位很少有这些专业人才。

近日，凭借其在深海战略性矿产资源领域的卓越贡献与创新成果，邓义楠获得了2024年度“自然资源青年科技奖”“海洋强国青年科学家提名”等称号。在我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号入列之际，说到深海矿产科研的未来，邓义楠豪情满怀：

“梦想如星辰，虽远必达；信念如磐石，坚定不移。”