碳如何玩转地球之碳的起源

宇宙中的碳原⼦到底是如何诞⽣的呢？

138亿年前，在大爆炸之后的短时间内，由于温度过高、运动过于猛烈，没有任何种类的原子出现在宇宙中。之后，随着宇宙的膨胀和冷却，夸克、质子、中子、原子核，逐渐形成。氢原子作为元素周期表里最轻的元素，它也是宇宙中最早诞生、最多的元素。大爆炸后3至20分钟左右，宇宙中发生了难以想象的剧烈运动，在这期间，原子核之间自由交换，发生相互作用，之后产生诸多新的元素，包括碳。

 

 

⼤爆炸产⽣了大量碳原⼦，尽管它们只占宇宙质量的很⼩⼀部分，是今天宇宙中已知碳原⼦总数的万亿分之⼀，但直到现在，这些碳原⼦中⼤多数还是原始碳原⼦。

 

 

 

碳，真是无处不在。看看你手里的书，你的鞋，衣服，每一口你吃的东西，都有它。从地比到天花板，从自行车头盔到太阳眼镜，每样东西里都有碳的身影。碳不只是构成万物的基础，它也是生命的关键——我们的皮肤、头发、血液和骨头，每一个呼吸，都离不开它。

 

 

我们身处碳的世界，生活中每时每刻我们都在和这个奇妙元素打交道。虽然元素周期表里其他的元素各有各的特点，但碳却如此独特，它链接了过去、现在与未来，帮我们理解宇宙的秘密，生命的起源与发展，人类的历史与碳息息相关，它推动了人类技术革新，比如从工业革命到‘塑料时代’，让我们的世界丰富多彩，但它也带来了环境和气候的巨大挑战。

 

 

为什么要特别关注碳呢？它可能不像氢那么丰富，也不像氧那么活跃，但宇宙的演化、生命的诞生，都得归功于碳。要了解宇宙，你就得从碳开始。

我们对碳既感到兴奋又心存警惕。科学家不断发明新奇的碳基物质来改善我们的生活，但这些发明同样可能带来意外的后果，比如污染环境或影响健康。地球上的碳循环稳固了全球气候，为我们提供能源，但也存在风险——自然灾害或人为活动一旦打乱了关于碳的这个平衡，后果不堪设想。

 

 

碳的故事就是我们所有人的故事，有趣但也复杂。虽然我们已知道上百万的含碳化合物，但对碳元素的了解仍然有限，科学家们才刚开始探索碳化学的真正潜力。

 

 

想象一下，一切都始于138亿年前的大爆炸，宇宙就像爆米花机一样一下子爆炸了开来，但当时太热了，连原子都没法形成。随后，宇宙逐渐冷却下来，形成了氢和氦，它们是大多数物质的基础。人们现在才弄明白，大爆炸还造了一大堆其他的重原子，包括构成生命的碳、氮、氧。

 

 

那碳原子到底是如何诞生的呢？在第一代恒星之前，宇宙的原子都是在一段超短时间内—"大爆炸核合成"阶段形成的，这个阶段仅有短短的17分钟！刚开始，只是简单的氢原子核，即为质子，之后内核开始互相找对象结合，最终形成了氦，这个过程约20分钟。

 

 

想想都有点疯狂的是：很多很多的氢元素，但对于十亿亿个氢原子，才可能换来一个碳原子，听着像特别少，但总数起来还是天文数字。那些碳原子现在都去哪儿了呢？它们一部分在老一辈的恒星中变成了其他元素，一部分就这样漂浮在宇宙中，还有一些直接成为了我们人体的一部分呢。

不得不说，我们体内的碳，有些其实是来自那个让一切开始的大爆炸，不是来自恒星的内部，这可是跨越了138亿年的古老历史呢。卡尔·萨根说过：“我们都是恒星的孩子。”不过，感谢BBN，我们也能说是大爆炸所铸。

现在来说说碳怎么变成了围绕着恒星的尘埃、钻石和石墨吧。碳元素在恒星内部和周围区域融合，日积月累，就成了闪闪发光的钻石——谁能拒绝钻石的魅力呢？它不仅是浪漫爱情的象征，还有助于科学家解开地球深部的秘密。而石墨，虽然不如钻石那么耀眼，但它也有自己的用武之地，比如常用来做铅笔芯和润滑剂。

 

 

金刚石与石墨这两个小兄弟，都是由碳原子组成的，但一个耀眼坚硬，一个柔和可亲，它们都是星星炸裂时遗下的物质。

当我们的地球悠悠苏醒，碳元素就在这个星球上开始了新的旅程。在富饶的地壳、重重的地幔、还有神秘的地核里，碳原子不停地变换着形态，形成了各式各样的矿物。

想一想，在咱们的地球上，有那么多的碳矿物，有的闪亮，有的低调；它们像彩虹一样五彩斑斓，为我们的世界添彩。矿物随处可见，比如加拿大落基山那巨大的石灰岩山体，或大堡礁那迷人的珊瑚。而且，科学家们认为，还有超过150种碳矿物我们还没发现呢！

 

 

想想如果没有这些碳矿物，我们现在的生活会变成什么样？它们对现代社会的贡献真的太大了，从炼铁到肥料，从清洁剂到小苏打，真的是无处不在。

从太空中的微微尘埃到地壳的巨大贮藏，从海底到陆地和大气，我们生活的这个星球及我们周遭的环境，都深深镶嵌了这些不朽的碳矿物的影响。无论是恒星中的高温融合还是地球表面的温和环境，碳都一直在不断塑造我们的世界，以及它的过去与未来。

 

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编辑：张希阳

校对：张     凡

审核：陈   萍

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