近日，山东大学海洋研究院刘纪化教授团队在海洋碱度增强（OAE）过程中痕量金属的界面调控机制与生态安全方面取得新进展。相关成果以“Divergent Responses of Manganese Oxides to Olivine Dissolution and Their Control on Trace Metal Fates under an Ocean Alkalinity Enhancement Scenario”为题在国际权威期刊Environmental Science & Technology发表。庄文副教授为该论文的第一作者，庄文与刘纪化教授为共同通讯作者，山东大学海洋研究院为第一完成单位。

橄榄石等富镁硅酸盐加速风化的OAE是极具潜力的二氧化碳移除（CDR）技术，但其释放的镍（Ni）、铬（Cr）等金属影响着海洋生态安全。海底沉积物中的层状锰氧化物是关键的金属“清道夫”。传统混合实验难以解耦金属在“直接接触”与“离子扩散”路径下的行为，限制了对微环境中界面调控机制的准确评估。

本研究设计透析膜微宇宙体系隔离橄榄石与锰氧化物，在纯“扩散”下探究互作机制。发现Ni与Cr界面反应差异显著：

Ni在锰空位发生内圈络合或“同晶置换”并入结构层。在乱层δ-MnO₂中，该置换与Fe(II)驱动的Mn(III)还原脱晶格协同，消除Jahn-Teller晶格应力，促使矿物重塑为更有序的六方层状结构。这表明好氧海底的锰氧化物能作为Ni的长期稳定“汇”。

纯扩散体系下，共释放的Fe(II)发挥关键保护作用，优先与Cr(III)共沉淀形成次生铁氧化物，减少Cr(III)与锰氧化物氧化活性位点接触，有效抑制其被氧化为高毒性Cr(VI)。

橄榄石释放金属与层状锰氧化物的界面反应机制

团队据此提出“空间解耦”OAE部署策略：预处理阶段通过铁共沉淀去除Cr，随后将含Ni碱化海水靶向排入近岸浅海。利用近海活跃的水动力条件，可加速Ni与表层锰氧化物的接触固定。同时，海洋沉积物本身已高度去质子化并完成碱土金属交换，可显著降低碱土金属清除导致的额外碱度损耗。

本研究揭示了不同锰氧化物对镍、铬等微量金属的固定机制，阐明了金属迁移转化与沉积物矿物结构演变之间的内在联系，并提出“空间解耦”的海洋碱度增强策略，为降低海洋碳移除过程中的生态风险、优化技术实施路径提供了新的科学依据，对推动海洋负碳技术安全、可持续发展具有重要意义。

该研究获国家重点研发计划（2024YFF0507000）、海洋负排放国际大科学计划（ONCE）以及山东省“泰山学者”特聘专家计划（tstp20250703）等资助。