植物、藻类和光养微生物通过光合作用吸收二氧化碳，将太阳能转化为生物化学能，并释放我们赖以生存的氧气，为自然界众多生物直接或间接提供了能量。然而，令人意想不到的是，直接暴露在太阳光下的岩石或土壤表面，也存在着可以转化利用太阳能的无机矿物。近日，北京大学地球与空间科学学院鲁安怀等通过与美国学者合作，率先揭示了自然界无机矿物转化太阳能系统，即存在“矿物光合作用”。该研究成果日前在线发表于《美国科学院院刊》。
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薄薄的、厚度仅为数十纳米到上百微米不等的“矿物膜”所覆盖。不同于岩石和土壤原本的成分与结构，这些“矿物膜”富含水钠锰矿、针铁矿、赤铁矿等天然半导体矿物，同时“矿物膜”的产生与发育也和日照条件关系密切。从结构上看，“矿物膜”由富含铁锰（氢氧）氧化物构成了片层状的空间结构，与叶绿体的类囊体片状垛叠结构有异曲同工之妙。
那么，岩石或土壤表面矿物是否也可以进行“光合作用”呢？实际上，“矿物膜”的能量转化机制与植物的光合作用有着类似的功能与能量转化机制。经研究发现，这些“矿物膜”具有明显的可见光光电响应和稳定、灵敏的光电转换能力，证实了地球陆地上的无机矿物也是太阳光能量吸收与转化的一类重要物质，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”。
在阳光普照的大地上，到处都存在这种具有日光光电转化半导体效应的“矿物膜”。基于以上发现，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”，其承载着吸收转化太阳能并驱动地球化学元素循环、地球物质演化与地球环境演变等重要功能。（记者李祺瑶）
