基岩中的原生矿物风化并向环境中释放稀土元素是形成离子吸附型稀土矿床的先决条件。目前的研究认为离子态稀土主要来源于易风化的含稀土矿物，而抗风化能力较强的含稀土矿物的贡献常常被忽视。这主要是因为即便在风化壳浅层，仍能观测到这些矿物的残留。典型的抗风化稀土磷酸盐矿物独居石和磷钇矿在离子吸附型稀土矿床的各类成矿基岩中广泛存在，且具有极高的稀土富集量（稀土氧化物平均含量约55%-60%）。基于无机条件的矿物溶解反应热力学计算结果指示着磷钇矿和独居石在离子吸附型稀土矿床的风化环境中无法被溶解（Li et al., 2022）。然而，近年来越来越多的研究报道了磷钇矿和独居石的自然风化现象，且这种风化在花岗岩风化壳的弱风化层已经开始发生（Kalintsev et al., 2021）。此外，与原生矿物相比，虽然风化环境中的磷钇矿和独居石颗粒形态未发生明显改变，但其中的稀土元素却显著亏损（Santana et al., 2015）。上述研究无疑为磷钇矿和独居石中稀土元素的可迁移性增添了争议。
为此，中国科学院广州地球化学研究所何宏平研究员团队基于其前期研究（He et al., 2023）提出“微生物是抗风化稀土磷酸盐矿物风化的潜在驱动力”的假设并利用离子吸附型稀土矿床风化壳中的野生微生物菌株开展了模拟风化实验。实验结果表明，在类天然风化壳条件下，微生物能够驱动磷钇矿和独居石的溶解（图1和2），稀土元素的溶解量被提升约2个数量级，总稀土元素溶解速率约10−13−10−12 mol·m−2·s−1。据估算，独居石（∼10−9 g·m−2·s−1）的溶解速率约比磷钇矿（∼10−10 g·m−2·s−1）高1个数量级。此外，结合代谢组学分析和非生物溶解实验该研究揭示了主要的微生物风化机制包括酸解和络合作用。微生物分泌的有机酸是重要的风化介质，其中酒石酸具有高效浸取稀土元素的潜能。该研究强调，微生物作用在风化壳表层最为强烈，上部活跃的微生物活动驱动抗风化稀土磷酸盐矿物磷钇矿和独居石的风化溶解能够为风化壳中下部稀土元素的富集提供有效物源。该研究为关于磷钇矿和独居石风化的模拟预测与实地观测结果之间的矛盾提供了可能的解释，并为厘清离子吸附型稀土矿床成矿物质的来源及全面认识稀土元素生物地球化学循环提供了重要启示。
该研究得到国家自然科学基金项目（41921003；42172049；42022012）、广东省科技计划项目（2023B1212060048）和广州市科技计划项目（2024A04J4827）的联合资助。相关成果在线发表于Chemical Geology期刊。
论文信息：Yilin He (贺依琳), Lingya Ma (马灵涯), Xiaoliang Liang (梁晓亮), Xurui Li (李旭锐), Jianxi Zhu (朱建喜), Hongping He (何宏平), 2024. Resistant rare earth phosphates as possible sources of environmental dissolved rare earth elements: Insights from experimental bio-weathering of xenotime and monazite. Chemical Geology 661, 122186.
论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254124002663
参考文献：
He, Y., Ma, L., Li, X., Wang, H., Liang, X., Zhu, J., He, H., 2023. Mobilization and fractionation of rare earth elements during experimental bio-weathering of granites. Geochim. Cosmochim. Acta 343, 384-395. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703722006743
Kalintsev, A., Brugger, J., Etschmann, B., Ram, R., 2021. An in situ, micro-scale investigation of inorganically and organically driven rare-earth remobilisation during weathering. Mineral. Mag. 85, 105-116.
Li, M.Y.H., Kwong, H.T., Williams-Jones, A.E., Zhou, M.-F., 2022. The thermodynamics of rare earth element liberation, mobilization and supergene enrichment during groundwater-regolith interaction. Geochim. Cosmochim. Acta. 330, 258-277.
Santana, I.V., Wall, F., Botelho, N.F., 2015. Occurrence and behavior of monazite-(Ce) and xenotime-(Y) in detrital and saprolitic environments related to the Serra Dourada granite, Goiás/Tocantins State, Brazil: Potential for REE deposits. J. Geochem. Explor. 155, 1-13.
图1. 不同反应条件下的稀土元素溶解量（Exp-Biow：非缓冲培养基+微生物+矿物；Exp-Control：非缓冲培养基+矿物；Buffered-Biow：缓冲培养基+微生物+矿物；Buffered-Control：缓冲培养基+矿物）。
图2. 反应结束时矿物表面的SEM-EDS分析结果。A-F：附着在矿物表面的微生物及其分泌物和新形成的次生沉淀。G-I：能谱分析结果指示次生沉淀为稀土磷酸盐。