矿物也能转化太阳能？北大学者新发现“矿物光合作用”

北京大学24日发布消息称，该校地球与空间科学学院教授鲁安怀等通过与美国学者合作，率先证实无机矿物也可转化太阳能系统，即存在“矿物光合作用”。此项发现为研究光合作用系统的起源和人工光合作用提供了新的视角，该成果已于2019年4月22日在《美国科学院院刊》在线发表。


鲁安怀团队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”所覆盖，“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，这些天然“矿物膜”具有稳定、灵敏的日光光子—光电子转换能力，证实了地球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”具有太阳光光电转化的半导体效应这一自然规律的发现，鲁安怀团队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”，即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”。


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，鲁安怀团队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，将产生深远的影响。


中国科学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人类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，同时也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角。