生命第一元素：站在C位的碳

大约在138亿年前，宇宙处于一种能量与密度极大，温度极高的状态。在大爆炸发生后，经过漫长的演化过程，便形成了今天我们见到的模样。

宇宙大爆炸只制造了三、四种化学元素（氢、氦和锂，可能还有铍），之后更“重”的化学元素都来自“恒星元素加工厂”。一代、二代恒星通过核聚变、超新星爆炸将较轻的元素合成更重的元素。（也有重元素来自双中子星合并）从这个角度出发，我们的太阳系、地球乃至地球生命的每个分子、每颗原子都来自它们的贡献，因此，“我们都是群星之子”。

我们都是群星之子（图片来源：wiki）

右上角灰色粗线为碳元素的升华序列，当原初星云温度达到约500 K时，它会急剧下降一个数量级以上。这体现为更多的碳都丢失了，导致行星“碳贫乏”。

（图片来源：science advances）

这一点也被铁陨石中金属核的碳元素含量所证实。

太阳系内，铁陨石大约形成于太阳系诞生后一百万年以内，因此，可将其视为原始地球化学成分的样品。明尼苏达州大学地球与环境科学教授赫希曼（Hirschmann）在《美国国家科学院院刊》上发表了文章，指出地球形成之初的碳含量可能只有140ppm（ppm即part per million，百万分之一）。

这实在是微乎其微，要知道，地壳里的碳元素含量都有300ppm左右呢。（其他说法有200-1700ppm不等，但都很少。）

原来，我们的地球在形成之初，就患上了“碳贫乏”综合症。据此，赫希曼说：“这颠覆了以前的想法，行星在积聚过程中会损失掉很多碳。”

明尼苏达州大学地球与环境科学教授赫希曼（Hirschmann）（图片来源：明尼苏达大学）

这一有趣的现象促使科学家对太阳系形成之初进行了深入研究，他们提出了一个叫做“烟尘线”的概念，在“烟尘线”内（靠近太阳），碳元素几乎没有保留，而在“烟尘线”外，碳元素可以保留相当的量。

经过计算，科学家们发现，在太阳形成之前，太阳系内主要以积聚为主，“烟尘线”相当远，地球也就根本无法保留下来多少碳元素。而当太阳“点亮”之后，太阳系内主要以辐射为主，“烟尘线”也内移到地球轨道之内，地球上可以开始积累碳元素。

“烟尘线”示意图：红线（烟尘线）以内，富碳物质很少。在以吸积为主的盘状阶段（下半部分），它离原始太阳很远。在一百万年后，过渡到以辐射为主的时代（上半部分），烟尘线迁移到地球的当前轨道以内。（图片来源：science advances）

碳元素在地壳、地幔里大多数以碳酸盐的形态存在，地核里才是碳元素的大本营，在那里存在着很多的碳化铁（Fe3C7）。针对这一现象，密歇根大学的李洁教授一锤定音——通过地震波研究地核里的化学组分，可得知碳元素约占据着整个地球质量的0.5%（前面提到的300ppm是地壳丰度），这个数字远远超过地球诞生之初。

问题来了，这么多的碳元素是从哪里来的呢？

密歇根大学地球与环境科学系的李洁教授（图片来源：密歇根大学）

李洁教授的团队推断，地球上大部分的碳很可能直接从星际介质继承而来。在太阳系形成的最初一百万年内，会存在一系列的小行星，不断将“烟尘线”以外较远处的水和碳运送到地球。

原来，在那个纷乱的时代，小行星这些“不速之客”的来袭，并不只是给地球带来一次次的撞击和灾难，更是带来了太阳系内宝贵的水和碳元素。（在这之前，已经有较确切的证据表明地球上的水主要来自小行星。）

地球刚形成时的第一个地质时代——冥古宙，到处都是陨石撞击。然而正是这些“不速之客”给我们送来了碳元素和水。（图片来源：wiki）

水是生命之源，碳是生命骨架，各种有机物质都是搭建在“碳链”这根神奇的骨架之上。所以，我们地球如今的生机盎然，关键时期都在于这一百万年内。