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不只植物!地表矿物也在进行“光合作用”

2019-04-25 09:23:23 地球科学 矿物膜 光电转换

太阳光不仅作用于地表生物发生经典光合作用,也一直作用于地表矿物发生非经典“矿物光合作用”。近日,北京大学地球与空间科学学院鲁安怀团队揭示了自然界无机矿物转化太阳能系统。该研究成果4月22日在线发表于《美国科学院院刊》。

地球陆地上,有机生物和无机矿物共同暴露在阳光下。数十亿年来,有机生物通过光合作用,将太阳能转化为生物化学能。那么,在地球表面广泛分布的天然矿物,对太阳能是不是就“无动于衷”呢?

鲁安怀团队对中国北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和红壤等典型地貌中岩石/土壤样品进行了深入系统观测分析,发现直接暴露在太阳光下的岩石/土壤颗粒体表面普遍被一层铁锰(氢氧)氧化物“矿物膜”(mineral coating)所覆盖。“矿物膜”厚度从数十纳米到上百微米不等,其结构构造与化学成分显著区别于被包覆的岩石或土壤,富含水钠锰矿、针铁矿、赤铁矿等天然半导体矿物。而且,“矿物膜”产出特征和发育状况与日照关系极为密切。

经研究发现,这些“矿物膜”具有明显的可见光光电响应和稳定、灵敏的光电转换能力。也就是说,地球陆地上的无机矿物也是太阳光能量吸收与转化的一类重要物质。而且,“矿物膜”还具有片层状的空间结构,这与植物叶绿体的类囊体片状垛叠结构构型有异曲同工之妙。

团队由此提出,在阳光照射下地表铁锰氧化物“矿物膜”是地球上分布最广的太阳能薄膜“新圈层”,其承载着吸收转化太阳能并驱动地球化学元素循环、地球物质演化与地球环境演变等重要功能。

中科院生物学重点实验室主任林荣呈研究员认为,此项发现大大拓展了我们对自然界太阳能利用途径的认识,即天然无机矿物也存在与有机光合作用相当的太阳能转化利用系统。同时,它也给光合作用系统起源和人工光合作用相关研究提供了新视角。(张盖伦)

 
 
(责编:刘婧婷、熊旭)

 

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