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，其結構構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化的一類重要物質。而且，“礦物膜”還具有片層狀的空間結構，這與植物葉綠體的類囊體片狀垛疊結構構型有異曲同工之妙。

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”，其承載著吸收轉化太陽能并驅動地球化學元素循環(huán)、地球物質演化與地球環(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研究提供了新視角。