【科技日报】地球上的碳起源之谜有新解

作为生命起源、生物圈形成与演化必不可少的元素之一，地球上的碳究竟从何而来？《自然·地球科学》杂志近日发表一项中美科学家的联合研究成果，为这一科学界长期争论不休的问题提供了新的答案：地球上几乎所有生命所需的碳均来自45亿年前地球与一颗类似水星的行星幼体之间的一次大碰撞。

论文第一作者、中科院广州地球化学研究所研究员李元告诉科技日报记者，碳质球粒陨石含有一定量的碳，也被普遍认为是地球最主要的组成物质。但碳是一种高挥发性元素，在45亿年前地球高温高压增生过程中，大量的碳逃逸到太空中；另一方面，碳也是一种高度亲铁元素，极易与铁形成铁碳合金，因此，当时未能逃逸的碳极有可能大部分进入了地球的金属核中。若果真如此，原则上在地球形成之后，地球的硅酸岩地幔以及浅层地表的碳应该非常匮乏，那么今天观测到的硅酸岩地幔中和生物圈中大量的碳的来源就成了一大问题。

为解答这一关键科学问题，李元与美国莱斯大学地球科学学院的科学家一起，通过高温高压实验研究碳在类地行星（火星、地球等）核幔分异过程中的地球化学行为。他们意识到，和地球金属核相比，火星的金属核可能更富集硫，而水星的金属核可能更富集硅，于是改进研究方案，在高温高压条件下对碳在富硅或富硫的金属相（代表行星金属核）以及硅酸盐熔体相（代表行星硅酸岩幔）之间的化学行为进行了模拟。

研究结果表明，如果类地行星的金属核富集硅，那么碳将从金属核中被“驱逐”出去，形成一个富碳的行星硅酸岩幔。这和我们今天所观测到的水星表层以及水星壳富集石墨的情况相一致。因此，李元等人提出，在地球增生的晚期，如果一个质量为地球10％—40％的类似水星的星体撞击45亿年前的原始地球，将造成大量的碳加入地球，从而圆满地解释了地球硅酸岩地幔以及浅层地表中碳的来源。

（原载于《科技日报》2016-09-09 01版）