二氧化硫光解是地球早期大氣產(chǎn)氧的重要途徑

【資料圖】

二氧化硫光解示意圖。 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所供圖

地球大氣中氧氣的來源關(guān)系著生命的起源和進(jìn)化。近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所袁開軍研究員、楊學(xué)明院士團(tuán)隊和傅碧娜研究員、張東輝院士團(tuán)隊合作，發(fā)現(xiàn)二氧化硫分子極紫外光解離產(chǎn)生硫原子和氧氣，為地球早期大氣中氧氣的來源提供了新途徑。相關(guān)成果發(fā)表于《化學(xué)科學(xué)》，并被選為熱點文章。

地質(zhì)學(xué)研究表明，早期地球是缺氧環(huán)境，大氣中氧氣含量很低。而在大約24億年前，大氣中的氧氣含量急劇增加，促進(jìn)了生物的繁衍，被稱為大氧化事件。但是大氧化事件的形成原因存在廣泛爭議，主流觀點認(rèn)為地球早期生物產(chǎn)氧和氧氣的消耗處于平衡狀態(tài)，導(dǎo)致氧氣含量長期處于很低水平。而隨著時間的推移，氧氣的產(chǎn)生逐漸超過了消耗，導(dǎo)致氧氣積累，并最終誘導(dǎo)發(fā)生大氧化事件。然而，目前氧氣積累的機(jī)制還缺乏明確認(rèn)知。

利用大連光源裝置，袁開軍團(tuán)隊研究了二氧化硫分子光化學(xué)過程，將解離波長推進(jìn)至120至160納米區(qū)域，發(fā)現(xiàn)二氧化硫分子新的解離通道S（1D）+O2，并且該產(chǎn)物通道在121.6納米區(qū)域光照產(chǎn)率約30%。隨后，傅碧娜團(tuán)隊通過構(gòu)建高精度激發(fā)態(tài)勢能面，闡明了該通道的產(chǎn)生機(jī)制。而二氧化硫是火山噴發(fā)的主要氣體，地球太古期的板塊運動導(dǎo)致地表火山噴發(fā)頻繁，大量二氧化硫氣體進(jìn)入大氣層，隨后在光照下產(chǎn)生氧氣。該過程是繼二氧化碳和水分子光化學(xué)產(chǎn)氧之后新發(fā)現(xiàn)的非生物產(chǎn)氧途徑。

根據(jù)這一實驗結(jié)果所做的估算，在太古期火山活躍的2億年時段累積的產(chǎn)氧量有可能達(dá)到現(xiàn)代大氣中氧氣含量的4.3%，這說明新的極紫外光解離產(chǎn)氧途徑可能是地球大氧化事件發(fā)生的一個重要誘導(dǎo)機(jī)制。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1039/D3SC03328G

來源：《中國科學(xué)報》 (2023-08-22 第1版 要聞)

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