科技日報訊 (記者張蓋倫)太陽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，北京大學地球與空間科學學院魯安懷團隊揭示了自然界無機礦物轉(zhuǎn)化太陽能系統(tǒng)。該研究成果4月22日在線發(fā)表于《美國科學院院刊》。

地球陸地上，有機生物和無機礦物共同暴露在陽光下。數(shù)十億年來，有機生物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物化學能。那么，在地球表面廣泛分布的天然礦物，對太陽能是不是就“無動于衷”呢?

魯安懷團隊對中國北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和紅壤等典型地貌中巖石/土壤樣品進行了深入系統(tǒng)觀測分析，發(fā)現(xiàn)直接暴露在太陽光下的巖石/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”具有明顯的可見光光電響應和穩(wěn)定、靈敏的光電轉(zhuǎn)換能力。也就是說，地球陸地上的無機礦物也是太陽光能量吸收與轉(zhuǎn)化的一類重要物質(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囊體片狀垛疊結(jié)構(gòu)構(gòu)型有異曲同工之妙。

團隊由此提出，在陽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能薄膜“新圈層”，其承載著吸收轉(zhuǎn)化太陽能并驅(qū)動地球化學元素循環(huán)、地球物質(zhì)演化與地球環(huán)境演變等重要功能。

中科院生物學重點實驗室主任林榮呈研究員認為，此項發(fā)現(xiàn)大大拓展了我們對自然界太陽能利用途徑的認識，即天然無機礦物也存在與有機光合作用相當?shù)奶柲苻D(zhuǎn)化利用系統(tǒng)。同時，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。