眾所周知，有機生物可進行光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)能。近期北京大學(xué)課題組公布的一項最新研究成果顯示，暴露在陽光下的地表無機礦物也可吸收并轉(zhuǎn)化太陽能，從而發(fā)生礦物的“光合作用”。這項研究成果近日在《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)上全文在線發(fā)表。

國際礦物學(xué)協(xié)會第一副主席、北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授魯安懷介紹，研究團隊通過對我國北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和紅壤等典型地貌中巖石和土壤樣品的系統(tǒng)觀測分析，發(fā)現(xiàn)直接暴露在太陽光下的巖石和土壤顆粒體表面普遍被一層黑色的“礦物膜”所覆蓋。“礦物膜”的厚度從數(shù)十納米到上百微米不等，富含水鈉錳礦、針鐵礦、赤鐵礦等天然半導(dǎo)體礦物，呈現(xiàn)出“膜”狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征。

“我們測定這些地表巖石和土壤樣品的光電效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)這些‘礦物膜’可以把太陽光子轉(zhuǎn)化為光電子，產(chǎn)生靈敏、顯著、持續(xù)的光電流信號，證實無機礦物可吸收并轉(zhuǎn)化太陽能，即太陽光一直作用于地表礦物，發(fā)生‘礦物光合作用’。”魯安懷說。

研究發(fā)現(xiàn)，“礦物膜”產(chǎn)出特征和發(fā)育狀況與日照關(guān)系極為密切，如富錳礦物僅在日光照射下的紅壤礦物顆粒、喀斯特和戈壁巖石正面“礦物膜”中出現(xiàn)。在全球陸地系統(tǒng)中，富錳“礦物膜”的分布恰與太陽光的強輻射區(qū)域相吻合。

魯安懷認為，伴隨著地球的形成與演化，地表礦物轉(zhuǎn)化太陽能的現(xiàn)象可能一直存在。但暴露在太陽光下地球表面的天然礦物，其長期受到太陽光輻射的響應(yīng)機制，卻一直未被認識與利用。此外，除了全球陸地系統(tǒng)中太陽光輻射區(qū)域外，類地行星的表面也具有這種“鍍膜”現(xiàn)象，如火星裸露巖石表面也存在深色富錳“礦物膜”。

“在生物光合作用系統(tǒng)形成過程中，‘礦物膜’的‘光合作用’可能起到了一定促進作用，這還有待后續(xù)進一步研究。”魯安懷認為，該發(fā)現(xiàn)為研究光合作用系統(tǒng)的起源、人工光合作用、地球物質(zhì)演化提供了新視角，在固碳作用及全球氣候變化的研究方面也存在一定價值，對研究太陽系中類地行星表面無機礦物轉(zhuǎn)化利用太陽能具有借鑒意義。