地核附近產氫儲氧機製

據科學網報道：《國家科學評論》(National Science Review) 近日在線發表了中組部頂尖千人毛河光團隊建立的北京高壓科學研究中心（高科）baodaodexinfaxian。tamenliyonggaowengaoyashiyan，zhengshiledihedetiejiechudaoxiachenbankuaidaixiaqudeshuishihuifashenghuaxuefanying，shifangjuliangdeqing，liuxiajuliangdeyang。gaifaxianyijudianfuleyiwangduikongqizhongyangqilaiyuandelijie
、地球深部氫氣的產生、以及全球三維水循環的機製等地學的三大基本思維。

我們呼吸的空氣中的氧氣，在地球46億年的悠久曆史中，原是新生事物。 前一半歲月，空氣中並沒有氧
，需要氧的生物無從產生。然而在24億年前突然發生了大氧化事件(Great Oxidation Event, GOE)，氧(yang)劇(ju)增(zeng)到(dao)大(da)氣(qi)的(de)五(wu)分(fen)之(zhi)一(yi)左(zuo)右(you)
，而(er)且(qie)維(wei)持(chi)至(zhi)今(jin)
，這(zhe)才(cai)有(you)後(hou)來(lai)的(de)生(sheng)物(wu)演(yan)化(hua)和(he)人(ren)類(lei)起(qi)源(yuan)。大(da)氧(yang)化(hua)前(qian)後(hou)無(wu)數(shu)地(di)質(zhi)記(ji)錄(lu)
，已(yi)證(zheng)實(shi)此(ci)事(shi)件(jian)的(de)發(fa)生(sheng)。唯(wei)一(yi)的(de)困(kun)惑(huo)是(shi)氧(yang)從(cong)哪(na)裏(li)來(lai)的(de)？地(di)核(he)是(shi)金(jin)屬(shu)鐵(tie)
，一(yi)般(ban)認(ren)為(wei)地(di)球(qiu)內(nei)部(bu)很(hen)缺(que)氧(yang)
，無(wu)法(fa)無(wu)中(zhong)生(sheng)有(you)從(cong)深(shen)部(bu)擠(ji)出(chu)氧(yang)來(lai)。因(yin)此(ci)傳(chuan)統(tong)的(de)解(jie)釋(shi)是(shi)由(you)藍(lan)藻(zao)菌(jun)的(de)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)，把(ba)地(di)麵(mian)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)氧(yang)。這(zhe)個(ge)假(jia)說(shuo)需(xu)要(yao)全(quan)球(qiu)長(chang)期(qi)鋪(pu)滿(man)極(ji)厚(hou)的(de)藍(lan)藻(zao)菌(jun)
，尚(shang)無(wu)令(ling)人(ren)信(xin)服(fu)的(de)證(zheng)據(ju)。

2013年高科在上海浦東成立後，開始探索一個新思維：會(hui)不(bu)會(hui)地(di)球(qiu)深(shen)部(bu)的(de)含(han)氧(yang)量(liang)很(hen)不(bu)均(jun)勻(yun)
，可(ke)以(yi)局(ju)部(bu)儲(chu)存(cun)大(da)塊(kuai)的(de)富(fu)氧(yang)物(wu)質(zhi)
，突(tu)然(ran)釋(shi)放(fang)氧(yang)造(zao)成(cheng)大(da)氧(yang)化(hua)事(shi)件(jian)呢(ne)？先(xian)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)富(fu)氧(yang)物(wu)質(zhi)是(shi)什(shen)麼(me)
？怎(zen)麼(me)會(hui)在(zai)缺(que)氧(yang)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)？

高科的中組部千人金德榮研究員，用第一性原理物理計算方法，在高溫高壓條件下，找到一個前所未知非常富氧的過氧化鐵（FeO2）。高科青年千人胡清揚研究員
，利用高溫高壓設備（楊留響研究員搭建）和高壓多晶X光衍射法（青年千人張莉研究員新發明）
，在相當於下地幔深部的壓力 (約75萬大氣壓)和溫度（約兩千攝氏度），用實驗證明了沼鐵礦（FeO2H）huishichuqingerbianchengguoyanghuatie。zhaotiekuangyejiushichangjiandetiexiujujichengdetiekuang。dakuaidezhaotiekuangsuibankuaiyundongxiachendaodimandewenduyalixia

，queshinengxingchengfuyangkuai，zhexiangyanjiushuominglediqiushenbukenengyoufuyangkuai，fabiaozai2016年《自然》期刊上（Hu, et al., Nature 2016)
，引起了廣泛關注。

釋放氫氣是一個壓力引起的化學現象
，胡清揚細致的測定了釋放一部分氫形成有殘餘氫的過氧化鐵，發表在《美國科學院院報》上（Hu, et al., PNAS, 2017）。高科博士後朱升財更用分子動力學計算
，在《美國化學會誌》（Zhu, et al., JACS, 2017）上發表預測在沼鐵礦到過氧化鐵的轉化中，有一半的氫會被釋放。

zhexieguoyanghuatiedoulaizichuliangyouxiandezhaotiekuang。yaoyongyijieshidayanghuashijian，haixulingyouzugoudelaiyuan。maoheguangxiangdaodiheyouwuxianliangdetie，xiachendebankuaichongmanlehanshuikuangwu。shuibeidaidaodihejiechudaotie，huiqishenmefanyingne
？zaichangyadaduoshujinshu，runa、鎂、鋁、鋅等，遇到水會形成氧化物，並釋放氫。鐵是例外
，遇到水隻是生鏽。高科團隊與美國卡耐基研究院、斯(si)坦(tan)福(fu)大(da)學(xue)等(deng)合(he)作(zuo)，在(zai)阿(e)貢(gong)國(guo)家(jia)實(shi)驗(yan)室(shi)先(xian)進(jin)光(guang)子(zi)源(yuan)同(tong)步(bu)輻(fu)射(she)大(da)裝(zhuang)置(zhi)，繼(ji)續(xu)進(jin)行(xing)水(shui)和(he)鐵(tie)高(gao)溫(wen)高(gao)壓(ya)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)的(de)計(ji)算(suan)和(he)實(shi)驗(yan)。發(fa)現(xian)經(jing)過(guo)一(yi)係(xi)列(lie)氧(yang)化(hua)鐵(tie)、氫化鐵等中間產物，最終的產物仍是過氧化鐵並釋放氫！下xia沉chen的de板ban塊kuai每mei年nian可ke以yi輸shu送song三san億yi噸dun水shui到dao地di核he，億yi萬wan年nian累lei積ji出chu幾ji十shi公gong裏li厚hou的de富fu氧yang塊kuai，不bu但dan可ke以yi說shuo明ming大da氧yang化hua事shi件jian氧yang的de來lai源yuan，同tong時shi在zai板ban塊kuai運yun動dong熱re對dui流liu的de動dong力li基ji礎chu上shang，可ke以yi提ti供gong化hua學xue對dui流liu的de動dong力li。

產chan生sheng富fu氧yang塊kuai的de原yuan理li是shi因yin為wei釋shi放fang了le水shui中zhong的de氫qing留liu下xia了le氧yang，這zhe又you是shi一yi項xiang重zhong要yao發fa現xian。分fen裂lie水shui提ti煉lian氫qing本ben是shi清qing潔jie能neng源yuan追zhui求qiu的de目mu標biao。高gao科ke的de這zhe項xiang發fa現xian
，意yi味wei著zhe下xia地di幔man深shen處chu
，有you一yi個ge非fei常chang巨ju大da的de自zi然ran產chan氫qing機ji器qi和he無wu窮qiong的de清qing潔jie能neng源yuan。雖sui然ran我wo們men技ji術shu上shang還hai不bu可ke能neng開kai采cai利li用yong，從cong基ji礎chu上shang去qu了le解jie了le大da量liang氫qing的de釋shi放fang與yu其qi回hui到dao地di表biao的de途tu徑jing：是以分子氫的形式上升？和碳結合成為非生物來源的碳氫化合物油氣？與氧結合完成水的大地循環？與氮、硫

、磷、鹵素等結合調控揮發物的遷移？這都將是地球化學未來的研究主題。

在中國進行的這一係列的跨學科突破，總結發表在《國家科學評論》上“當水在核幔邊界遇到鐵”研究論文中。這個新發現將顛覆許多地學基本的認識，而引導全新的科研走向。（來源：科學網）

全文信息：Ho-Kwang Mao, et al. When water meets iron at Earths core–mantle boundary. https://doi.org/10.1093/nsr/nwx109