二氧化硫光解是地球早期大氣產氧的重要途徑

【資料圖】

二氧化硫光解示意圖。 中國科學院大連化學物理研究所供圖

地球大氣中氧氣的來源關系著生命的起源和進化。近日，中國科學院大連化學物理研究所袁開軍研究員、楊學明院士團隊和傅碧娜研究員、張東輝院士團隊合作，發現二氧化硫分子極紫外光解離產生硫原子和氧氣，為地球早期大氣中氧氣的來源提供了新途徑。相關成果發表于《化學科學》，并被選為熱點文章。

地質學研究表明，早期地球是缺氧環境，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，主流觀點認為地球早期生物產氧和氧氣的消耗處于平衡狀態，導致氧氣含量長期處于很低水平。而隨著時間的推移，氧氣的產生逐漸超過了消耗，導致氧氣積累，并最終誘導發生大氧化事件。然而，目前氧氣積累的機制還缺乏明確認知。

利用大連光源裝置，袁開軍團隊研究了二氧化硫分子光化學過程，將解離波長推進至120至160納米區域，發現二氧化硫分子新的解離通道S（1D）+O2，并且該產物通道在121.6納米區域光照產率約30%。隨后，傅碧娜團隊通過構建高精度激發態勢能面，闡明了該通道的產生機制。而二氧化硫是火山噴發的主要氣體，地球太古期的板塊運動導致地表火山噴發頻繁，大量二氧化硫氣體進入大氣層，隨后在光照下產生氧氣。該過程是繼二氧化碳和水分子光化學產氧之后新發現的非生物產氧途徑。

根據這一實驗結果所做的估算，在太古期火山活躍的2億年時段累積的產氧量有可能達到現代大氣中氧氣含量的4.3%，這說明新的極紫外光解離產氧途徑可能是地球大氧化事件發生的一個重要誘導機制。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1039/D3SC03328G

來源：《中國科學報》 (2023-08-22 第1版 要聞)

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