过氧化氢广泛分布在地球、火星、月球、木卫六等行星和卫星的表生环境与星际间介质中，是塑造行星表生环境氧化还原状态的重要氧化剂，参与了行星演化和生命起源等诸多重要过程。然而其在地质历史的重要性难以被记录下来。次生矿物的氧同位素可能是此类过程的忠实记录者，但过氧化氢化学如何影响次生矿物的三氧同位素组成仍不清楚，因此亟需机理研究标定其在自然过程的同位素效应。上世纪50年代，诺贝尔化学奖获得者Henry Taube通过氧18标记方法测定了部分过氧化氢歧化，氧化，还原反应的氧同位素分馏系数，但这些70年前研究有很大缺陷：一方面，受限于实验设计和分析精度，结果误差较大；另一方面，最基础的自分解过程也缺乏系统的研究。
       因此本研究开展了过氧化氢自分解过程的实验模拟，通过自主搭建的分析系统对自然丰度的三氧同位素进行分析，系统测定了不同温度下过氧化氢自分解过程的三氧同位素分馏系数。分析结果表明，过氧化氢自分解过程的氧同位素分馏呈质量依赖分馏，其分馏程度较大，δ¹⁸O的变化可达数十‰，不容忽视。
       该发现对合理解读地球和地外样品的次生矿物氧同位素数据有重要意义。这些次生矿物来源复杂，其氧同位素组成可能承继自臭氧、过氧化氢、氧气等氧化剂，且受三氧同位素质量分馏(MDF)与非质量分馏(MIF)效应的叠加影响。一般认为MIF信号来源于大气光化学反应过程中产生的臭氧，因此，主要受臭氧氧化影响的次生矿物Δ¹⁷O-δ¹⁸O一般存在耦合关系。但是，大气碳酸盐，硫酸盐的Δ¹⁷O-δ¹⁸O关系却存在解耦现象。本研究结果表明Δ¹⁷O-δ¹⁸O的解耦现象可能与过氧化氢的自分解或相关化学过程有关，从实验角度验证了黄铁矿被过氧化氢氧化的可能性，以及过氧化氢深度参与地球大气和火星陨石碳酸盐非均相化学的假说。另外，本研究的实验温度与早期太阳系原行星盘的星子水蚀变过程的温度接近，但CM碳质球粒陨石硫酸盐的Δ¹⁷O-δ¹⁸O却没有出现解耦现象，表明过氧化氢在星子水蚀变过程可能并不重要，前人提出的过氧化氢破坏胸腺嘧啶的假说可能是错误的，为深入研究RNA世界如何诞生和生命起源路径提供了新的思路。本研究进一步提出，天体化学家在未来必须深入研究过氧化氢化学及其同位素效应，这对准确解读球粒陨石富钙铝包裹体的三氧同位素非质量分馏现象和合理反演早期太阳系原行星盘的氧元素分配过程具有重要意义。
 

过氧化氢,质量分馏,宇宙化学