近日，中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室李三忠教授、管红香教授和苗晓明副教授联合中国科学院广州地球化学研究所白江昊副研究员、韦刚健研究员，在国际地学顶尖期刊《SCIENCE CHINA Earth Sciences》上发表了题为“Behavior of cerium isotopes in anoxic-sulfidic marine sediments: implications for paleoredox reconstructions”的论文，系统阐述了冷泉缺氧-硫化环境下铈同位素地球化学行为、分馏机制及其古环境应用的最新研究进展。

古海洋氧化还原状态的演化，是解码地球宜居性演变、生命与环境协同演化历史的核心科学命题。稀土元素铈（Ce）及其稳定同位素，因对环境氧化还原变化高度敏感，被学界视作重建古海洋氧化还原条件的极具潜力的新兴代用指标，但其在缺氧-硫化环境中的分馏行为、主控因素与示踪适用性，是地球科学领域长期以来悬而未决的关键瓶颈。研究团队以南海北部海马冷泉区为研究靶区，选取受甲烷渗漏影响的缺氧-硫化沉积站位、无渗漏的缺氧非硫化站位开展对比研究（图1），通过系统的主微量元素、稀土元素与高精度铈同位素组成分析，取得了三项突破性科学认识：

图1研究样品站位的分布图

第一，填补了现代海洋缺氧-硫化体系铈同位素研究的关键数据空白，完整刻画了还原环境铈元素的地球化学行为特征。研究首次获得了南海冷泉区缺氧-硫化沉积物的高精度 δ^142/140Ce 系统数据，发现缺氧-硫化沉积物中无显著 Ce 异常，其 δ^142/140Ce 值集中在 -0.007‰ ~ 0.070‰（图2），系统低于氧化环境下锰结核、碳酸盐岩与风化壳的对应值，却与大陆上地壳的同位素组成高度吻合。这一发现完整还原了缺氧-硫化环境中铈元素的赋存、迁移与同位素分馏全过程。

图2沉积物元素及同位素散点图

第二，厘清了缺氧-硫化环境铈同位素信号的主控机制。研究通过多地球化学指标耦合分析，系统排除了铁锰氧化物、有机质、黄铁矿、自生磷组分、自生碳酸盐等自生组分对全岩铈同位素组成的主控影响（图3），证实冷泉缺氧-硫化沉积物中的铈以陆源碎屑输入为主，自生组分的贡献极其有限。研究同时揭示了核心分馏机制：缺氧-硫化环境中铁锰氧化物的还原溶解，会将富集重同位素的 Ce 释放到水体中，而还原态的 Ce³⁺溶解度高，难以通过自生过程埋藏到沉积物中，这一机制直接解释了还原环境沉积物铈同位素与上地壳高度一致的核心特征。

图3沉积物元素相关关系图解

第三，明确了铈同位素古环境示踪的潜力，为该指标的科学应用提供了科学依据。研究证实，铈同位素能够有效区分氧化环境与缺氧-硫化环境，是识别古海洋氧化还原状态转换的有效诊断工具；但该指标无法可靠区分缺氧与硫化环境，也不能定量约束古海洋的硫化强度，清晰划定了其在古环境重建中的适用边界。研究同时指明了领域未来的核心突破方向：要实现铈同位素对古氧化还原条件的定量重建，关键在于研发沉积物自生组分铈同位素的精准分离方法与高精度测试技术。

图4地球不同物质载体中的 δ^142/140Ce 值。

该研究完善了海洋缺氧-硫化环境 Ce 生物地球化学循环的理论框架，厘清了稳定 Ce 同位素在还原环境中的分馏机制与控制因素，为稳定 Ce 同位素示踪古海洋氧化还原状态提供了关键的现代过程约束，为揭示地质历史时期海洋氧化还原演化提供关键数据支撑。

论文信息：Bai, J., Miao, X.*, Guan, H.*, Li, Y., Wu, H., Lu, X., Nan, H., Feng, X., Wei, G., Li, S., Behavior of Cerium Isotopes in Anoxic-Sulfidic Marine Sediments: Implications for Paleoredox reconstructions. SCIENCE CHINA Earth Sciences, 2026

论文链接：https://www.sciengine.com/SCES/doi/10.1007/s11430-025-1899-9