「本文起源：科普中國」作者：李連福，孫衛東，張鑫（中國迷信院陸地研討所）文┞仿起源于迷信年夜院大眾號（ID：kexuedayuan）——說到性命來源你會想到什么？女媧造人的神話照樣“原始湯”實際？仿佛都有點奧秘而悠遠……其實，在咖啡店、干洗店等中央，有一種器械，就跟性命來源有關系

（圖片起源：veer圖庫）它，就是超臨界二氧化碳

超臨界二氧化碳：能溶世界難溶之物超臨界態是物資在高于臨界溫度和臨界壓力下的一種特別形態，超臨界形態下的流體既不是氣體，也不是液體，但它卻同時兼備氣體和液體的理化性質

當二氧化碳所處的溫壓前提到達或超越31℃和7.3 MPa時，就將以超臨界二氧化碳流體方式存在

超臨界二氧化碳具有較強的消融才能和諸多反響特征，已被普遍使用在化工反響和別離提純范疇中

超臨界二氧化碳可以定向萃取分歧的分子，例如：去除咖啡豆中的咖啡因；自苦味花中萃掏出可放在啤酒內的啤酒噴鼻氣成分；取得純度較高的植物油脂、維生素E等物資

因為傳統干洗劑具有必然毒性，超臨界二氧化碳也被使用到紡織衣物和半導體等產物的干洗行業中

你認為超臨界二氧化碳只能在干洗店和化學試驗室有效？naive，它能夠是性命來源的主要一環！日前，中國迷信院陸地研討所陸地地質與情況重點試驗室以及深海中間的研討人員在深海熱液區初次不雅測到超臨界二氧化碳流體的噴發

此次不雅測到的超臨界二氧化碳中含有少量氮氣和無機組分，這為性命來源以及初始無機質的構成供給了新的啟發

該效果近日以封面文┞仿的方式在綜合類威望期刊《迷信傳遞》英文版（Science Bulletin）上正式頒發（圖1）

圖1：《迷信傳遞》第65卷11期封面（圖片起源：作者供給）深海里的超臨界二氧化碳，消融了什么？在2016年“迷信”號的熱液航次中，中國迷信院陸地研討所的研討人員應用我國自立研發的深海激光拉曼光譜原位探測零碎（RiP）在深海熱液區（1400 m）發明了具有超臨界二氧化碳流體噴發的熱液噴口（圖2）

同時應用熱液溫度探針對該區域的熱液噴口和超臨界二氧化碳噴口停止了探測

測量后果表白超臨界二氧化碳噴口溫度約為95°C，曾經超越了二氧化碳的臨界前提（31°C，7.3MPa）

圖2：超臨界二氧化碳流體噴發地位及原位拉曼光譜探測（圖片起源：作者供給）為了進一步肯定深海熱液區噴出的二氧化碳流體的相態，研討人員應用試驗室的深海極端情況模仿零碎對分歧溫壓前提下的二氧化碳停止了測量（圖3），發明在深海熱液區原位獲取的二氧化碳拉曼譜峰在頻移、半峰寬等光譜參數上與試驗室內測量的超臨界二氧化碳是完整分歧的，進一步確認了深海熱液區噴發二氧化碳的超臨界相態

圖3 深海原位采集的二氧化碳流體與試驗室內分歧相態二氧化碳流體的拉曼光譜特點比照

個中白色的光譜線為在深海熱液區采集到的超臨界二氧化碳流體的拉曼光譜；粉色的光譜線為在試驗室相反溫壓前提下采集的超臨界二氧化碳的拉曼光譜；而綠色和藍色的光譜線則是在試驗室采集的液態和消融態二氧化碳的拉曼光譜（圖片起源：作者供給）在深海熱液區原位獲取的超臨界二氧化碳流體的拉曼光譜中不只含有甲烷、硫化氫、硫酸根等組分的拉曼特點峰，還含有少量的氮氣以及多個未知組分的拉曼峰，這很能夠為晚期地球性命來源供給了新的線索

單從拉曼光譜信息上很難肯定未知峰對應的化學物資，然則拉曼特點峰的峰位可以反應化學鍵的信息

對拉曼特點峰的剖析表白，這些未知峰年夜多與C-H、C-C、C-N、N-H有關（圖4），這證實沖繩海槽南部熱液區噴發的超臨界二氧化碳流體中很能夠含有少量無機物資

思索到超臨界二氧化碳在甲酸、氨基酸等無機分解中的主要感化，這些未知的無機物很有能夠與氨基酸分解相干

性命能夠來源于熱液？晚期性命來源與初始無機質的構成不斷是迷信界存眷的主要命題

生物學研討表白超嗜熱菌很能夠是地球上性命的配合祖先，因而熱液零碎不斷被以為與性命來源親密相干

然則，之前的研討中，迷信家發明熱液流體中短少分解氨基酸的癥結元素-氮，這是晚期性命來源于熱液假說最致命的成績

而此次在沖繩海槽南部熱液區發明的超臨界二氧化碳流體不只處理了氮的起源成績，并且為晚期地球從無機到無機的進程供給了絕佳的反響介質

超臨界二氧化碳流體兼具了氣體與液態物資的特征，擁有較年夜的分散速度和較強的消融才能，這可以極年夜的進步反響的速度，因而被普遍用做無機分解反響的介質

已有的研討表白自然礦物比方孔雀石、金縷石、紅柱石等在超臨界二氧化碳的介入下可以改變為高效的催化劑用于工業甲醇的分解以及高溫煤氣的轉化[1,2,3]

近期也有試驗表白在超臨界二氧化碳和礦物的介入下，從H2O-CO2-N2系統中可以分解四種氨基酸，包孕丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸和精氨酸

基于在熱液區發明的超臨界二氧化碳流體以及個中含有的少量氮氣和無機質的景象，研討人員提出了一個新的晚期地球性命來源模子（圖4）：圖4：晚期地球初始無機質構成模子（圖片起源：作者供給）月球構成后的幾百萬年間，地球的原始年夜氣逐漸構成

此時的原始年夜氣中含有少量的水蒸氣、二氧化碳、氮氣以及大批的一氧化碳、氫氣等復原性氣體

原始陸地構成后，原始年夜氣的成分釀成了以二氧化碳和氮氣為主

當溫壓前提年夜于31°C和7.3 MPa時，二氧化碳將以超臨界流體相態存在，因而在此時的地球外表以上存在超臨界態的二氧化碳層

在水圈與年夜氣圈的接壤面上，氮氣和礦物微粒可以被稀疏的超臨界二氧化碳流體所吸附

超臨界二氧化碳、水、氮氣在礦物顆粒的催化下，構成了初始的無機物氨基酸等物資

超臨界二氧化碳 還有若干謎團等候解開本次在深海熱液區的神奇發明進一步擴大了人們對熱液零碎的看法，同時也為地球晚期性命來源的研討供給了新的啟發，但仍有許多疑問等候解答，比方新的晚期地球性命來源模子中的氨基酸構成的詳細機制是什么？超臨界態二氧化碳在地球晚期初始無機質構成進程中發揚的詳細感化是什么？往后迷信家將經過試驗室模仿的手腕逐個解答這些迷信成績

文┞仿信息：Zhang, X., Li, L. F., Du, Z. F., Hao, X. L., Cao, L., Luan, Z. D., ... & Sun, W. D. (2020). Disvery of supercritical carbon dioxide in a hydrothermal system. Science Bulletin.參考文獻：[1]Hu, B., & Suib, S. L. (2014). Synthesis of useful pounds from CO2. Green Carbon Dioxide: Advances in CO2 Utilization , 51-97.[2]Kondrat, S. A., Smith, P. J., Cer, J. H., Hayward, J. S., Pudge, G. J., Shaw, G., ... & Hutchings, G. J. (2017). The effect of sodium species on methanol synthesis and water–gas shift Cu/ZnO catalysts: utilising high purity zincian geeite. Faraday Discussions , 197 , 287-307.[3]Kondrat, S. A., Smith, P. J., Lu, L., Bley, J. K., Taylor, S. H., Spencer, M. S., ... & Hutchings, G. J. (2018). Preparation of a highly active ternary Cu-Zn-Al oxide methanol synthesis catalyst by supercritical CO2 anti-solvent precipitation. Catalysis Today , 317 , 12-20.起源: 迷信年夜院