中国科学家在热液体系中发现超临界二氧化碳

光明日报青岛5月10日电(记者刘艳杰、朱楠)近日,《科学通报》发表的封面文章《在热液系统中发现超临界二氧化碳》介绍了中国科学院海洋研究所严军与孙卫东研究团队合作,首次在热液系统中观测到自然状态的超临界二氧化碳流体喷发。这次观测到的超临界二氧化碳含有大量的氮和有机成分,为生命起源和原始有机物的形成提供了新的启示。

据报道,在中国重大科学项目“科学”号科研船2016年深海热液航行期间,研究人员利用中国自主研发的深海激光拉曼光谱原位探测系统(RiP),在深海热液区发现了超临界二氧化碳流体喷发的热液喷口。使用独立开发的深海热液温度探针确定超临界二氧化碳出口的温度为约95℃。此外,利用RiP探针原位直接检测深海超临界二氧化碳流体。研究发现,深海超临界二氧化碳的拉曼光谱在频移和半峰宽等光谱参数上与实验室模拟的超临界二氧化碳完全一致。

同时,原位超临界二氧化碳拉曼光谱不仅含有甲烷、硫化氢、硫酸盐等成分的拉曼特征峰,还含有大量的氮和多种未知成分的拉曼峰,远高于周围海水的拉曼峰。尽管仅从拉曼光谱信息很难确定对应于未知峰的化学物质,但是拉曼特征峰的峰位置可以反映化学键的信息。拉曼特征峰的归属证明了深海热液区喷发的超临界二氧化碳流体可能含有大量的有机物。考虑到超临界二氧化碳在甲酸和氨基酸有机合成中的重要作用,推测这些未知的有机物质可能与氨基酸合成有关。

“对深海热液区自然状态下超临界二氧化碳流体的观察,对探索地球生命起源具有重要启示。”中国科学院海洋研究所的研究员张馨说,地球上生命的起源和原始有机物的形成一直受到广泛关注。生物学研究表明,超嗜热菌可能是地球上生命的共同祖先,因此热液系统被认为与生命起源密切相关。然而,热液缺乏氮,氮是合成氨基酸的关键元素,这是早期生命起源于热液假说的最致命的问题。然而,在深海热液区发现的超临界二氧化碳流体富含氮,这是地球早期从无机到有机过程的理想反应介质。

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