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中國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn) 地殼斷裂瞬間釋放的化學(xué)能成為地下微生物的“陽光替身”

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來源:央視新聞客戶端


△地殼斷裂維持深部地下微生物群落活動的概念圖(研究團隊供圖)

中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所7月19日發(fā)表于國際知名期刊《科學(xué)進展》上的一項突破性研究顯示,地殼斷裂瞬間釋放的化學(xué)能,可為地下微生物提供陽光的“替代燃料”。這一發(fā)現(xiàn)不僅改寫了地球深部生態(tài)系統(tǒng)的能量劇本,也為火星、歐羅巴(木衛(wèi)二)等星球的“暗生命”設(shè)想提供了現(xiàn)實藍本。

研究團隊通過“壓裂-反應(yīng)”實驗平臺,模擬地下數(shù)公里內(nèi)的斷裂活動。當(dāng)巖石破裂產(chǎn)生新鮮表面時,斷裂的化學(xué)鍵(自由基)瞬間與水相遇,生成可觀的氫氣和過氧化氫。“在地下生命聚集的斷裂系統(tǒng)中,巖石破裂產(chǎn)生的氫氣量,比已知的蛇紋石化或輻射裂解過程高出至少10萬倍。”項目負(fù)責(zé)人朱建喜研究員形容,“地震(劇烈的地殼斷裂過程)等構(gòu)造活動就像一臺發(fā)動機,不斷把機械能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。”

更關(guān)鍵的是,氫自由基與過氧化氫耦合驅(qū)動了鐵的氧化-還原循環(huán)——鐵原子在兩種狀態(tài)(+2價與+3價)之間反復(fù)“循環(huán)”,持續(xù)釋放電子。這些電子進一步在碳、硫、氮等生命必需元素之間流動,形成看不見的“地下電網(wǎng)”,為微生物提供可直接取用的能量。“它們不需要光合作用,只需沿著電子梯度‘充電’即可生存。”吳逍特別研究助理和林莽研究員說。

計算表明,地震每年在斷裂面上產(chǎn)生的氫氣通量可達到737.2摩爾/平方,這些能量遠遠超過微生物群落生存的需要,生命可以迅速繁殖生長。何宏平院士談到,“這種能量機制甚至可能在火星古老斷層或歐羅巴(木衛(wèi)二)冰殼裂縫中發(fā)生,為太陽系‘暗生命’提供長期‘電池’。”在未來地外生命探測的任務(wù)中,需特別注意尋找斷裂帶附近的氧化還原信號,這些可能是生命有關(guān)的標(biāo)志。

美國國家科學(xué)院院士Norm Sleep在文章評論中指出:“該研究十分出色地還原了斷裂活動真實的物理化學(xué)過程,為深部地下微生物群落的興衰變化提供了解釋。”

據(jù)悉,研究團隊將繼續(xù)聯(lián)合加拿大Kurt O Konhauser和Barbara Sherwood Lollar教授合作,開展加拿大高等研究院“四維地球:地下世界的科學(xué)與探索”研究計劃,研究更多巖石產(chǎn)生氫氣的過程,進一步驗證這一無光生命模型的普適性。

(總臺記者 朱子榮)

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