在地球表层生态系统中,微纳尺度半导体矿物膜作为连接岩石圈、水圈、生物圈和大气圈的关键界面,其光能转化机制与生态环境效应具有重要科学价值.本研究通过多学科交叉方法,系统阐释了几种典型生境中矿物膜的组成结构特征及其太阳能转化规律.以水钠锰矿为核心的铁锰氧化物半导体矿物膜呈现显著的光控分异特性,其价态组合与晶体结构受环境pH、有机质及水动力条件的动态调控,形成不同氧化度的地域性分布特征.矿物膜具有优异的光电响应特性,其通过光催化氧化还原反应调控地表元素循环与能量转化过程,进而驱动日光辐射-半导体矿物-环境介质三元体系的协同作用.研究发现,矿物膜光生电子协同微生物实现大气二氧化碳向有机质及碳酸盐矿物转化的新型碳固定路径,拓展了对地表碳循环的认知.创新性提出“天然矿物光电子能量”概念,确立了其作为地表第三大能量载体的科学地位,揭示半导体矿物介导多圈层电子传递与能量交换过程.该研究不仅深化了地表关键带物质-能量循环的理论体系,还为行星科学中的类地环境演化研究提供了创新视角.