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scimonth - Science | 2014-10-07 | 人氣:3289

 地球大氣層約有21%的氧氣,主要是植物行光合作用而來,地球上大多數生物的代謝依賴氧氣,但科學家發現,位在大氣層頂端的二氧化碳,居然可以被紫外線直接分解為氧氣與碳原子,這項發現,將顛覆我們以往知識裡,大氣層與生物在地球演化史中扮演的角色。

Iceland From Space (NASA, International Space Station, 08/25/14)

Flickr : NASA's Marshall Space Flight Center

 

現今地球大氣裡存有1/5的氧氣 — 這點是無庸置疑的,植物行光合作用製造氧氣,並供應地球上大多數生物(包括植物本身)進行代謝。目前的化石證據顯示,早在24億年前就有會行光合作用的生物出現,當時的大氣層主要是由二氧化碳組成,就像現今的金星和火星一般。

 

過去40年裡,研究人員普遍認為古大氣中仍舊存有些許氧氣。但這些非生源性的氧氣究竟是從哪冒出來?而且還有一點,氧氣的化學性質可是非常的活躍,如果環境沒有穩定來源供應,氧氣很快就被其他物質消耗殆盡。(譬如地殼大部分是由氧化物所組成,或者是形成水保存於海洋中。)

 

最近,美國加州大學戴維斯分校的研究生Zhou Lu與其在地球科學與應用化學研究所的教授發現,當二氧化碳在接近真空狀態下受到紫外光照射,其所提供的能量足以激發二氧化碳還原為氧氣。這篇論文發表在10月3號的《Science》上。

 

Zhou在回覆記者的信件中寫道:「我們以前認為,非生源性的氧分子主要由二氧化碳受到日光照射,變成一氧化碳和單原子氧,而兩顆單原子氧再藉由第三者提供的能量,形成氧-氧鍵結合為氧分子。」「但是我們發現二氧化碳能藉由一個處理步驟,分解出氧分子。這意味我們能將這辦法延伸,運用在大氣組成以二氧化碳為主的星球上,例如火星或金星上。」

 

Zhou所待的教授實驗室裡配備著真空紫外光儀器(vacuum ultraviolet laser,VUV),這種紫外光的波長介於35nm到200nm之間,在自然環境裡,這段波長的紫外光通常會被空氣所吸收,所以必須將實驗環境控制於真空狀態下才能進行。這項實驗是藉由學校自行開發的特殊離子成像儀器觀察、紀錄。

 

換句話說,在大氣層頂端的地方,二氧化碳能直接接觸宇宙射線,並經過一個步驟轉化為氧氣,而這現象在實驗裡被觀察到,證明這並非空穴來風。根據替這篇論文進行同儕審稿的科學家表示,這項發現同時表示現今的行星大氣演化模型必須重新修正。

 

本項研究由加州大學戴維斯分校,地球科學與應用化學系的數位研究人員共同完成。同時這項計畫是由美國太空總署(NASA)、美國國家衛生基金會(NSF)以及美國能源部(DOE)所資助。

 

原文網站 : ScienceDaily

論文     :  

Z. Lu, Y. C. Chang, Q.-Z. Yin, C. Y. Ng, W. M. Jackson. Evidence for direct molecular oxygen production in CO2 photodissociation. Science, 2014; 346 (6205): 61 DOI: 10.1126/science.1257156

編輯&翻譯:林建霖

 
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