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中南大学鲁安怀课题组在PNAS发表矿物转化太阳能的新发现

来源:地球科学与信息物理学院 点击次数:次 发布时间:2019年04月24日 作者:侯林慧

本网讯  4月22日《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of AmericaPNAS)在线发表了中南大学地球科学与信息物理学院鲁安怀教授课题组完成的题为“Photoelectric conversion on Earth’s surface via widespread Fe- and Mn-mineral coatings”的研究成果。

鲁安怀课题组率先在自然界发现了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”。他们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”(mineral coating)所覆盖。并且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光反应释氧活性中心为锰簇(配)合物,具有异曲同工之妙。


他们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。”这一新发现为深刻理解日光照射下地表矿物所驱动的外动力地质作用,及其在地球环境演化与生物进化过程中所扮演的重要角色提供了崭新视角,极大地提升了对于无机自然界中存在与生物光合作用相当的太阳能转化利用系统的认知水平。

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,他们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。这一理论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,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,为小行星矿物资源开发利用提供了理论基础,将产生深远的影响。

该项研究工作主要获国家973项目(2014CB846001)、国家重点研发计划(2016YFA0300903)和国家自然科学基金重点项目(41230103)及优秀青年基金项目(41522201)等资助。


图说中南

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