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科技日?qǐng)?bào)訊 (記者張蓋倫)太陽(yáng)光不僅作用于地表生物發(fā)生經(jīng)典光合作用，也一直作用于地表礦物發(fā)生非經(jīng)典“礦物光合作用”。近日，北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院魯安懷團(tuán)隊(duì)揭示了自然界無(wú)機(jī)礦物轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能系統(tǒng)。該研究成果4月22日在線(xiàn)發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》。

地球陸地上，有機(jī)生物和無(wú)機(jī)礦物共同暴露在陽(yáng)光下。數(shù)十億年來(lái)，有機(jī)生物通過(guò)光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)能。那么，在地球表面廣泛分布的天然礦物，對(duì)太陽(yáng)能是不是就“無(wú)動(dòng)于衷”呢?

魯安懷團(tuán)隊(duì)對(duì)中國(guó)北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和紅壤等典型地貌中巖石/土壤樣品進(jìn)行了深入系統(tǒng)觀測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)直接暴露在太陽(yáng)光下的巖石/土壤顆粒體表面普遍被一層鐵錳(氫氧)氧化物“礦物膜”(mineral coating)所覆蓋。“礦物膜”厚度從數(shù)十納米到上百微米不等，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造與化學(xué)成分顯著區(qū)別于被包覆的巖石或土壤，富含水鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦等天然半導(dǎo)體礦物。而且，“礦物膜”產(chǎn)出特征和發(fā)育狀況與日照關(guān)系極為密切。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這些“礦物膜”具有明顯的可見(jiàn)光光電響應(yīng)和穩(wěn)定、靈敏的光電轉(zhuǎn)換能力。也就是說(shuō)，地球陸地上的無(wú)機(jī)礦物也是太陽(yáng)光能量吸收與轉(zhuǎn)化的一類(lèi)重要物質(zhì)。而且，“礦物膜”還具有片層狀的空間結(jié)構(gòu)，這與植物葉綠體的類(lèi)囊體片狀垛疊結(jié)構(gòu)構(gòu)型有異曲同工之妙。

團(tuán)隊(duì)由此提出，在陽(yáng)光照射下地表鐵錳氧化物“礦物膜”是地球上分布最廣的太陽(yáng)能薄膜“新圈層”，其承載著吸收轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能并驅(qū)動(dòng)地球化學(xué)元素循環(huán)、地球物質(zhì)演化與地球環(huán)境演變等重要功能。

中科院生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任林榮呈研究員認(rèn)為，此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)大大拓展了我們對(duì)自然界太陽(yáng)能利用途徑的認(rèn)識(shí)，即天然無(wú)機(jī)礦物也存在與有機(jī)光合作用相當(dāng)?shù)奶?yáng)能轉(zhuǎn)化利用系統(tǒng)。同時(shí)，它也給光合作用系統(tǒng)起源和人工光合作用相關(guān)研究提供了新視角。