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        矿物也能光合作用

        2019年04月24日08:58  来源光明日报
         

        说起光合作用想必大?#20063;?#20250;陌生它是植物藻类和光养微生物吸收利用光能将水和二氧化碳转变为有机物和氧气的过程它维持?#35828;?#29699;二氧化碳和氧气的循环但自然界是否还普遍存在着其他类型的太阳能收集和利用系统呢近日北京大学地球与空间科学学院鲁?#19981;?#26446;艳丁竑瑞以及物理学院刘开辉等组成的课题组在美国科学院院刊在线发表研究长文率先发现了自然界中无机矿物转化太阳能系统提出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?#34180;?/p>

        据介绍在自然界已知的太阳光子和元素价电子两种基本能量形式基础上鲁?#19981;?#35838;题组最新提出矿物光电子是地表普遍存在的第三种能量形式的理论这一新发现拓展了经典光合作用模型为地球生命活动能量来源及地表地球化学过程吸收利用太阳能提供了新模式也为太阳系中类地行星如火星表面无机矿物转化利用太阳能提供了重要借鉴

        记者了解到鲁?#19981;?#35838;题组通过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/土壤样品的深入系统观测?#27835;z?#21457;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呈现出膜状结构构造特征

        更加值得注意的是矿物膜产出特征和发育状况与日?#23637;?#31995;极为密切如富锰矿物仅在日光照射下的红壤矿物颗粒喀斯特和戈壁岩石正面矿物膜中出现常见半导体性能优良的层状结构水钠锰矿而无光照的岩石背面则不富集水钠锰矿在全球陆地系?#25345;校?#28145;色富锰矿物膜的?#26893;记?#19982;太阳光的强辐射区域相吻合此现象在类地行星表面也有发现如火星表面同样发现深色富锰矿物膜存在于裸露岩石表面的证据

        这?#29615;?#29616;还表明在锰化合物光电转化性能上岩石/土壤表面接受太阳光辐射的富锰矿物膜与生物光合作用系统PSII光?#20174;?#37322;氧活性?#34892;?#20026;锰簇配合物异曲同工

        据鲁?#19981;?#35838;题组介绍通过应用微区与原位光电测试手段直接测定天然矿物膜半导体光电效应已获得矿物膜与基岩高?#30452;?#29575;微米光电流信号面?#26893;?#32467;果研究揭示出天然矿物膜?#26412;?#26377;稳定灵敏的日光光子光电子转换能力获得其在一定波长下具有恒定光电转化效率的新认识证实?#35828;?#29699;陆地上无机矿物也是太阳光能量吸收与转化的一类重要物质

        针对地表广泛发育的铁锰氧化物矿物膜?#26412;?#26377;太阳光光电转化?#38476;?#23548;体效应这一自然规律的发现鲁?#19981;?#35838;题组提出在阳光照射下地表铁锰氧化物矿物膜是地球上?#26893;?#26368;广的太阳能薄膜新圈层?#24615;?#30528;吸收转化太阳能并驱动元素地球化学循环地球物质演化与地球环境演变等重要功能

        中国科学院光生物学重点实验室主任研究员林荣呈表示此项发现大大拓展了我们对自然界太阳能利用途径的新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对研究光合作用系统的起源和人工光合作用提供了新的视?#24688;?#35760;者晋浩天

        (责编张瑜(实习生)熊旭)

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