كيمياء أرضية ضوئية
الجيوكيمياء الضوئية المبكرة

إن «فرضية الميثانال» التي يمكن اعتبارها بحثًا كيميائياً جيوضوئيًا يمكن إرجاع جهودها الأولى لأدولف فون باير في عام 1870، حيث تم اقتراح الميثانال ليكون المنتج الأولي لعملية التمثيل الضوئي للنبات، والذي يتكون من ثاني أكسيد الكربون والماء من خلال تأثير الضوء على ورقة خضراء. ألهم هذا الاقتراح العديد من المحاولات للحصول على الميثانال في المختبر، والتي يمكن اعتبارها بأثر رجعي دراسات جيوكيميائية ضوئية. تم الإبلاغ عن اكتشاف المركبات العضوية مثل الميثانال والسكريات من قبل العديد من العمال، وعادة ما يتم ذلك عن طريق تعريض محلول ثاني أكسيد الكربون للضوء، وعادة ما يكون مصباح الزئبق أو ضوء الشمس نفسه. في الوقت نفسه، أبلغ العديد من العمال الآخرين عن نتائج سلبية. كانت إحدى التجارب الرائدة هي تجربة باخ في عام 1893، حيث لاحظ تكوين أكاسيد يورانيوم أقل عند تشعيع محلول خلات اليورانيوم وثاني أكسيد الكربون، مما يعني تكوين الميثانال. تضمنت بعض التجارب عوامل اختزال مثل غاز الهيدروجين، واكتشف البعض الآخر الميثانال أو غيره من المنتجات في حالة عدم وجود أي إضافات، على الرغم من أنه تم الاعتراف باحتمالية إنتاج طاقة الاختزال من تحلل الماء أثناء التجربة. بالإضافة إلى التركيز الرئيسي على تخليق الفورمالديهايد والسكريات البسيطة، تم الإبلاغ أحيانًا عن تفاعلات أخرى بمساعدة الضوء، مثل تحلل الميثانال والإفراج اللاحق عن الميثان، أو تكوين الفورماميد من أول أكسيد الكربون والأمونيا.
في عام 1912، لخص بنيامين مور الجانب الرئيسي للجيوكيمياء الضوئية، وهو التحفيز الضوئي غير العضوي: «يجب أن يمتلك الغرواني غير العضوي خاصية تحويل ضوء الشمس، أو أي شكل آخر من أشكال الطاقة المشعة، إلى طاقة كيميائية». العديد من التجارب، التي لا تزال تركز على كيفية استيعاب النباتات للكربون، استكشفت بالفعل تأثير «المحول» (المحفز)؛ كانت بعض «المحولات» الفعالة مشابهة للمعادن الطبيعية، بما في ذلك أكسيد الحديد الثلاثي أو هيدروكسيد الحديد الغرواني؛ كربونات الكوبالت، كربونات النحاس، كربونات النيكل؛ وكربونات الحديد الثنائي. من خلال العمل مع محفز أكسيد الحديد، خلص بالي في عام 1930 إلى أن «التشابه بين العملية المختبرية وهذا في النبات الحي يبدو أنه مكتمل»، مشيرًا إلى ملاحظته أنه في كلتا الحالتين، يحدث تفاعل كيميائي ضوئي على السطح يتم توفير طاقة التنشيط جزئيًا عن طريق السطح وجزئيًا عن طريق الضوء، وتقل الكفاءة عندما تكون شدة الضوء كبيرة جدًا، وتكون درجة الحرارة المثلى للتفاعل مماثلة لتلك الخاصة بالنباتات الحية، وتزداد الكفاءة من اللون الأزرق إلى الطرف الأحمر من طيف الضوء.
في هذا الوقت، كانت تفاصيل عملية التمثيل الضوئي للنبات لا تزال غامضة ومعقدة، وطبيعة التحفيز الضوئي بشكل عام لا تزال قيد الاكتشاف؛ أشار ماكيني في عام 1932 أن «حالة هذه المشكلة [الحد من ثاني أكسيد الكربون الضوئي الكيميائي] متورطة بشكل غير عادي.» كما هو الحال في العديد من المجالات الناشئة، كانت التجارب التجريبية منتشرة بشكل واسع، لكن الحماس المحيط بهذا العمل المبكر أدى إلى تقدم كبير في الكيمياء الضوئية. يظل المبدأ بسيط لكنه صعب لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية قادرة على أداء التفاعل المطلوب هو أساس التحفيز الضوئي القائم على التطبيق، وعلى الأخص التمثيل الضوئي الاصطناعي (إنتاج الوقود الشمسي).
بعد عدة عقود من التجارب التي تمحورت حول الحد من ثاني أكسيد الكربون، بدأ الاهتمام ينتشر إلى التفاعلات الأخرى التي يسببها الضوء والتي تشمل المواد التي تحدث بشكل طبيعي. ركزت هذه التجارب عادةً على التفاعلات المماثلة للعمليات البيولوجية المعروفة، مثل نترجة التربة، والتي تم الإبلاغ لأول مرة عن نظيرها الكيميائي الضوئي «النترجة الضوئية» في عام 1930.