- 证明锰结核由于过去记录的弱地磁场而在生长过程中旋转
- 评估深洋流和海底地形对锰结核旋转的作用，以及旋转对内氧化状态和微观结构的影响
- 有望为海底矿产资源评价、深海底流变化预测做出贡献
（左）太平洋海底地形和采样点（红色方块）。黄色圆圈是迄今为止已确认锰结核的位置（Dutkiewicz et al, 2020）。 （中）用盒式取芯器收集的锰结核。 （右）从上方拍摄的用于分析的锰结核样品的照片（白色标记垂直向上）。
*使用原始论文中引用或修改的数字（知识共享许可 CC-BY-NC）。
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）、地质信息研究部、全球变化历史研究组、高级研究员小田博国以及国立大学法人高知大学（以下简称“高知大学”）研究生片田涉、臼井明教授、村山正志教授、山本雄二教授均从南太平洋彭林盆地采集锰结核自然剩磁我们从方向重建了过去的姿态，并表明该样本绕旋转轴缓慢旋转。
锰结核在深海海底以每百万年几毫米的缓慢速度生长（Verlaan 和 Cronan，2022）。尽管它们形成于数百万年前，但大多数仅一半暴露在沉积物表面（Usui和Ito，2004）。到目前为止，人们还不清楚为什么锰结核能够继续存在于沉积物表面而不被完全掩埋。本研究利用过去的地磁记录，在国际上首次揭示了锰结核形成过程中的旋转、旋转的原因以及旋转对锰结核内部氧化态和结构的影响。研究详情将于 2023 年 2 月 28 日公布地球化学、地球物理学、地球系统
锰结核大量分布在沉积物表面，含有锰、铁等有用元素，以及镍、铜、钴等，作为海底矿产资源的高价值而备受关注。对于锰结核，国际海底管理局的管理下，日本等国已设立矿区并正在进行勘探活动。这项研究的目的是阐明锰结核的形成过程和形成地点，锰结核是有用的海底矿物资源。
日本产业技术研究所地质调查所自其前身产业科学技术地质调查机构以来，一直致力于资源和资源开发的基础研究，包括海底矿产资源。对深海底锰结核的研究始于1972年，1974年至1983年在北太平洋中部和南太平洋海域利用博丽丸号研究船（Mizuno，1982）进行了研究。本研究使用 1983 年 GH83-3 巡航期间在南太平洋 Penryn 盆地采集的锰结核样本（Usui 等，1994）。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会科学研究资助金“通过琉球地层石灰岩的古地磁和岩石磁分析重建高分辨率地磁场和气候变化（2020-5 财年）”和“利用磁显微镜重建地核形成前后的地磁场并阐明它对地球生命历史的影响（2023 财年-6 财年）”。
分析锰结核记录的过去的微弱地磁超导量子干涉装置的岩石磁力计被使用了。锰结核表面样本记录的自然剩磁方向与当前地球磁场方向相匹配。另一方面，证实了锰结核中记录的自然剩磁方向从表面到中心连续变化，并且它们位于一个大圆上（图1）。这表明锰结核绕着这个大圆的极点旋转，并且磁化强度也随之被连续记录。
图1（左上）从锰结核中切出两个正交块（A、B）。此外，从块（A、B）的顶部切出样品（A、B）并分成五层和五列。样品B的划分显示在中上行。对于样品B，五层中的每一层进一步分为上半部和下半部。 （底行）从右到左，从最深层（第5层）到表层（第1层），上半部分的自然剩磁方向（磁化方向）用箭头表示（向上的方向为北）。全部位于水平面上方（负倾斜角，在南半球）
正磁极周期)，箭头越长，越接近水平。 （右上）f行从最深层到表层的磁化方向以等面积投影图（黑色圆圈）显示。空心圆圈表示水平面上方。红线是大圆回归的结果，红圈是大圆的极点。通过绕极旋转磁化方向，使最接近中心的样品磁化方向指向北，恢复了蓝色圆圈。
*使用原始论文中引用或修改的数字（知识共享许可 CC-BY-NC）。
研究中使用的锰结核源自富氧的深洋流 (南极海底洋流)影响的深海海底小山脚下的缓坡上（左轮廓图中的红色方块）。旋转的可能驱动力包括（1）深海海底底栖生物的搅动，（2）深海流的水压，以及（3）斜坡上的向下重力。 (1)难以连续同方向旋转，(2)水压不足。由于坡度平缓，(3)中的重力也不足。由于仅用这些力很难解释，我们假设（2）和（3）的组合是一个因素，沉积物在深流下游被卷起并移走，使其逐渐向深流下游侧（东北倾方向）旋转。
图2示出了从自然剩余磁化方向恢复的锰结核的姿态随时间的变化。人们认为，由于旋转，锰结核周围沉积物升起的一侧暴露在海水（富氧深水）中，从埋藏在沉积物中的贫氧环境迅速转变为氧化环境。
图2 从左到右，这是锰结核在旋转开始时、旋转50%后、旋转结束时的姿态示意图。顶行显示顶部视图，底行显示侧面视图（沿顶行蓝色箭头的方向）。
*这是对原始论文中的数字的引用或修改（知识共享许可CC-BY-NC）。
通过低温磁分析等发现锰结核磁铁矿包括颗粒。此外，磁铁矿颗粒被氧化磁赤铁矿，并且锰结核的中心被氧化得特别强。另一方面，铍同位素分析被发现已有800万年以上的历史。 770,000 年前的锰结核反磁极周期该样本在形成时没有留下任何记录初始剩磁丢失并被替换二次剩余磁化被收购了。基于这些情况，我们认为磁铁矿是通过暴露在富氧的南极底流中并在低温下被氧化而获得二次剩磁的。也可以说，锰结核的旋转创造了一个由富含沉积物的区域和富含源自海水的氢氧化锰和氢氧化铁的区域混合而成的层向各个方向均匀生长的环境。这也会影响锰结核中所含元素的分布，因此旋转运动在评估海底矿产资源时被认为很重要。
图3 锰结核样品中心稍外侧的薄片的分析结果（B 块）。从左到右依次为光学图像、锰分布、硅分布和低矫顽力系数分布。使用光学扫描仪获得光学图像，锰和硅的分布为
荧光 X 射线扫描仪，与AIST、金泽工业大学及相关公司共同开发低矫顽功率因数
扫描 SQUID 显微镜获得低矫顽力系数为
矫顽力表示低磁性（小于01T（特斯拉））矿物的比例。
*原论文（知识共享许可CC-BY-NC）中的数字被引用和修改。
图3中可以看到两个不同的锰结核区域。每幅图中由白虚线和白实线包围的区域分别是含有大量沉积物的区域和含有大量源自海水的氢氧化锰和氢氧化铁的区域的代表性示例。具有高低矫顽力的区域对应于具有大量沉积物的区域。沉积物多的地区有很多空隙，这些空隙成为富氧海水从外部通过的通道。认为由于大量海水的侵入，磁铁矿向磁铁矿的氧化进行得很彻底，两磁性层之间产生的应力被释放，导致矫顽力降低。就磁铁矿而言，已知内应力越高，矫顽力越高。
未来，我们将利用同一海域的其他样本和不同海域的样本来验证锰结核旋转运动的普遍性。此外，我们还将阐明旋转对锰结核内部氧化态和结构的影响以及生长过程的细节，为海底矿产资源评估和深海流变化等全球环境预测做出贡献。
已出版的杂志：地球化学、地球物理学、地球系统
论文标题：南太平洋彭林盆地铁锰结核的旋转，由地球磁场追踪
作者：小田博国、片田渡、臼井明、村山雅文、山本雄二
DOI：101029/2022GC010789
国立产业技术综合研究所
地质信息研究部全球变化史研究组
高级首席研究员 Hirokuni Oda 电子邮件：hirokuni-oda*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）