氫循環

氫循環（）是存在於生物和非生物之間含氫化合物的氫交換。

氫是宇宙中最豐富的元素。在地球上，常見的含氫無機分子包括水、氫氣、甲烷、硫化氫和氨等。許多有機化合物也包含氫原子，例如碳氫化合物和有機物質。考慮到無機和有機化合物中氫原子的普遍存在，氫循環集中在分子氫上。

氫氣可以通過岩水相互作用而自然產生，也可以作為微生物代謝的副產物產生。游離的氫氣隨後可能會被其他微生物消耗，在大氣中被光化學氧化或散失到太空中。氫也被認為是前生物化學和地球生命早期演化的重要反應物，甚至在我們太陽系的其他地方也是如此。
非生物循环
源
氢气的非生物来源包括水岩反应和光化学反应。在海洋或陆地深处，水和橄榄石矿物之间发生的放热反应会释放出氢气。海洋中的海底热泉会喷出岩浆和蚀变海水，其中便含有大量氢气，具体取决于温度条件及围岩成分。在无氧水体环境中，菱铁矿等某些矿物经光氧化作用（借助太阳紫外线辐射）也能产生氢气。这可能是早期地球太古代海洋上层区域的一个重要过程。
汇
由于氢是最轻的元素，大气中的氢气容易通过金斯逃逸机制散逸至太空，这一不可逆过程导致了地球质量的净损失。甲烷或水蒸气等不易逃逸的重化合物，在平流层发生光解反应后释放的氢气，也会加剧这一过程。大气中游离氢气的另一个重要汇，是与羟自由基（•OH）发生光化学氧化反应生成水。

人为的氢汇包括通过费托合成生产合成燃料，以及通过哈伯-博施法人工固氮来生产氮肥。
生物循环
许多微生物的代谢过程都会产生或消耗氢气。
产生
许多微生物通过氢化酶和固氮酶产生氢气，其中部分微生物因其生物燃料生产潜力正被研究。这些代谢氢的酶存在于生命的所有三个域中，且在已知基因组中，超过30%的微生物类群含有氢化酶基因。在厌氧微生物食物链中，通过光依赖或不依赖光的途径，将有机物转化为氢气。
消耗
生物土壤吸收是大气氢气的主要汇。好氧和厌氧微生物在呼吸过程中，通过氧化氢气来还原其他化合物，从而消耗氢气。有氧氢化即“”。

厌氧氢化常发生在过程中：发酵作用产生的氢气被传递给另一种微生物，后者利用这些氢气将二氧化碳还原为甲烷或乙酸盐，将硫酸根还原为硫化氢，或将铁离子还原为亚铁离子。由于氢气分压升高会使发酵反应在热力学上变得不利，因此种间氢转移使得大多数环境中的氢气浓度维持在极低水平。
与全球气候的关系
氢气通常充当电子供体。这一特性对全球大气化学产生影响，可能会延缓温室气体的降解并增加其丰度。这使得氢气成为一种间接温室气体。例如，氢气可以干扰大气中甲烷的清除过程。通常情况下，大气中的甲烷会被羟自由基（•OH）氧化，但氢气同时也会与•OH反应，将其还原为水。
 CH4 + •OH → •CH3 + H2O

 H2 + •OH → H• + H2O
天体生物学意义
海底热泉可能在前生命化学中扮演过重要角色。反应释放的氢气，可能为铁硫世界生命起源假说中提出的反应物形成提供了支持。后续演化出的产甲烷过程，被认为是地球上最古老的代谢形式之一。

蛇纹岩化作用可发生于任何具有球粒陨石成分的行星体上。在土卫二等其他海洋行星发现氢气的存在表明，太阳系其他地方乃至其他行星系也可能正在进行着类似的过程。
參見
生物地质化学循环
碳循环
氢气
甲烷

发酵
海底热泉
水循环
海洋世界探索计划
參考文獻

Category:生物地球化學循環
Category:代謝
Category:氫
Category:氫生物學