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碳元素的奇妙宇宙之旅:从星尘到地球,从地球到生命

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 olivia chan • 2021-04-08 10:28:06 来源:前瞻网 E1370G0

人体由碳氧等十几种元素构成,而这些元素都来自于宇宙中的恒星。因此大家常说“人体是由星尘组成的”。这句话听上去似乎挺文青的,但日前近日发布的两项研究发现这句话背后的科学依据可能比我们以前想象的更真实。

人体中18%为碳元素,含量仅次于氧。由UM研究人员李杰(音译)领导的第一项研究发表在《科学进展》上,发现地球上的大部分碳可能是从星际介质中释放出来的,星际介质是存在于银河系恒星之间空间中的物质。

以前,研究人员认为地球中的碳来自最初存在于星云气体中的分子,当气体冷却到足以使分子沉淀时,这些碳分子便会吸收到岩石行星中。这项研究中指出,携带碳的气体分子会无法建立地球,因为一旦碳蒸发,它就不会凝结回固体。

凝结模型已经被广泛使用了几十年。它假设在太阳形成过程中,所有行星元素都被蒸发了,随着磁盘的冷却,其中一些气体凝结并将化学成分提供给固体。但是这一理论并不适用于碳,这到底是为什么呢?

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许多碳以有机分子的形式传递到磁盘上。但是,当碳蒸发时,会产生更多易挥发的物质,需要非常低的温度才能形成固体。更重要的是,碳不会再次凝结成有机形式。因此,李和她的团队推断地球上的大部分碳很可能直接从星际介质继承而来,从而完全避免了蒸发。

在同一组作者的第二项研究中,研究人员研究了当行星的小先驱物(称为小行星)在其早期形成过程中是如何对碳进行处理以保留碳的。研究团队通过检查这些现在被保存为铁陨石的物体的金属核发现,在行星起源的这一关键步骤中,在行星小行星的熔化、形成金属核并损失气体的过程中,许多碳必须损失掉。

对于研究人员来说,这颠覆了以前的想法,“地球需要碳来调节气候并让生命存在,但这是一件非常微妙的事情。” 

这两项研究都描述了碳损失的两个不同方面,并表明碳损失似乎是将地球建设成宜居星球的重要方面。

参考资料:

[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210402141742.htm

[2]https://doi.org/10.1126/sciadv.abd3632

[3]https://doi.org/10.1073/pnas.2026779118

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