作為生命起源、生物圈形成與演化必不可少的元素之一，地球上的碳究竟從何而來(lái)?《自然·地球科學(xué)》雜志近日發(fā)表一項(xiàng)中美科學(xué)家的聯(lián)合研究成果，為這一科學(xué)界長(zhǎng)期爭(zhēng)論不休的問(wèn)題提供了新的答案：地球上幾乎所有生命所需的碳均來(lái)自45億年前地球與一顆類似水星的行星幼體之間的一次大碰撞。
論文第一作者、中科院廣州地球化學(xué)研究所研究員李元告訴科技日?qǐng)?bào)記者，碳質(zhì)球粒隕石含有一定量的碳，也被普遍認(rèn)為是地球最主要的組成物質(zhì)。但碳是一種高揮發(fā)性元素，在45億年前地球高溫高壓增生過(guò)程中，大量的碳逃逸到太空中;另一方面，碳也是一種高度親鐵元素，極易與鐵形成鐵碳合金，因此，當(dāng)時(shí)未能逃逸的碳極有可能大部分進(jìn)入了地球的金屬核中。若果真如此，原則上在地球形成之后，地球的硅酸巖地幔以及淺層地表的碳應(yīng)該非常匱乏，那么今天觀測(cè)到的硅酸巖地幔中和生物圈中大量的碳的來(lái)源就成了一大問(wèn)題。
為解答這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，李元與美國(guó)萊斯大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家一起，通過(guò)高溫高壓實(shí)驗(yàn)研究碳在類地行星(火星、地球等)核幔分異過(guò)程中的地球化學(xué)行為。他們意識(shí)到，和地球金屬核相比，火星的金屬核可能更富集硫，而水星的金屬核可能更富集硅，于是改進(jìn)研究方案，在高溫高壓條件下對(duì)碳在富硅或富硫的金屬相(代表行星金屬核)以及硅酸鹽熔體相(代表行星硅酸巖幔)之間的化學(xué)行為進(jìn)行了模擬。
研究結(jié)果表明，如果類地行星的金屬核富集硅，那么碳將從金屬核中被“驅(qū)逐”出去，形成一個(gè)富碳的行星硅酸巖幔。這和我們今天所觀測(cè)到的水星表層以及水星殼富集石墨的情況相一致。因此，李元等人提出，在地球增生的晚期，如果一個(gè)質(zhì)量為地球10%—40%的類似水星的星體撞擊45億年前的原始地球，將造成大量的碳加入地球，從而圓滿地解釋了地球硅酸巖地幔以及淺層地表中碳的來(lái)源。
總編輯圈點(diǎn)
以重量或是以原子總數(shù)來(lái)說(shuō)，碳在地球上并不算很多，但碳的足跡卻遍布了全球。我們?cè)缫寻堰@種物質(zhì)與生命的象征掛鉤，卻不能完全說(shuō)清楚這些碳是從哪兒來(lái)的。其實(shí)，對(duì)碳追本溯源，不但是理解我們自身形成的關(guān)鍵，更將是未來(lái)在類地行星中尋找其他生命形式的重要線索。
