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“碳”眼观地球

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“碳”眼观地球

每当提到碳,很多人的第一反应是全球变暖,是二氧化碳的温室效应,是当下最流行的两个热词——“碳达峰”和“碳中和”。对于想减肥的人来说,最先想到的则是碳水化合物。而对于一些“科幻”从业者来说,碳基生命和硅基生命似乎是一个备受关注的话题。

作为身处元素周期表中第六位的碳,在地球万物演化过程扮演着重要角色,不论是宇宙大爆炸、地心之谜、板块运动、生命起源、生命演化、寒武纪生命大爆发,还是火山喷发、气候变化、塑料污染、能源危机、新型材料……随处都能看到它的足迹。

从某种意义上来说,碳的故事就是一切的故事。碳无处不在,它贯穿生命始终,我们生活在一个碳行星上,作为碳基生命,没有其他元素像碳一样对我们的生命如此重要;碳无处不在,又神秘莫测,地球从哪里来的,最终会变成什么样,碳科学的研究或将为人类的一些重大问题提供答案;碳无处不在,全球气候变化,温室气体二氧化碳和甲烷等气体均与碳密切相关。

《给忙碌者的天体物理》中有这样一段话,“你刚才喝的一些水曾经流过苏格拉底、成吉思汗和圣女贞德的肾脏。你刚才呼吸的空气曾经通过了拿破仑、贝多芬、林肯和比利小子的肺部。我们不仅生活在这个宇宙中,宇宙就存在于我们的身体之中。”而如果用碳元素来重写这段话,我们可以说人类本身也是碳,“从出生到死亡,碳原子时刻围绕在我们身边。”而且“碳是生命的赋予者:你的皮肤和头发、血液和骨骼、肌肉和筋腱全都依赖于碳……你体内的每个细胞,甚至细胞的每个部分,都依赖于坚固的碳骨架。母乳中的碳支撑起孩子心脏的挑动。爱人的眼睛、手、嘴唇以及大脑均以碳为基础。当你呼吸时,碳从鼻腔逸出;当你亲吻时,碳在唇齿间徘徊。”

碳既然如此重要,如果我们用碳的眼光来看待地球和我们周围的一切,这个世界会是什么样子呢?相信《碳如何玩转地球》这本书可以给我们一双慧眼,“让我(们)把这纷扰看得清清楚楚明明白白真真切切。”

恩培多克勒曾提出,万物是由“水火土气” 四种元素共同构成,每种元素都有其特性,每种都是宇宙不可或缺的组成部分,它们是所有物质的源头。然而在元素周期表中,仅有碳元素表现出这四种经典元素不同的特征,《碳如何玩转地球》这本书恰好以此构建了一个 “四乐章”的框架,进而一步步带领读者用“碳眼观地球”。

作者用碳的交响乐建构起了全书的框架:第一乐章“土之运动:晶体中的碳”明确了矿物和岩石是地球牢固的晶体基础;第二乐章“气之运动:循环中的碳”主要讲述地球上宏伟的碳循环;第三乐章“火之

运动:材料中的碳” 论述了碳在能源、工业和新兴高科技领域发挥的作用;第四乐章“水之运动:生命中的碳”探索了生命的起源和演化。每一乐章又有前奏曲、呈示部、发展部、再现部和尾奏或者前奏曲、咏叹调、间奏曲、返始咏叹调和尾奏,读起来佛若听交响乐一般。

当然,作为一本与碳相关的科普书,必然不能脱离开科学知识和最新的科研成果,这本书是由50多个国家的1000多名科学家参与的“深碳观测计划”的科普结晶,也是一部科研成果科普化的典范。本书由中国地质科学院地质研究所地球系统科学研究中心董汉文副研究员和曾令森研究员精心翻译,李廷栋院士作序。在译稿中,两位译者增加了许多注解,补充和更新了相关知识点,使得文本更具专业性和可读性,是广大地球科学爱好者的有趣读物,也可供碳科学研究者参考。

本书作者从“四元素”说起,最后在结尾处呼应道,“土里发展出含碳的固态结晶,它们是陆地和海洋的坚固基石。气中包含着拥抱我们所有人的含碳分子,它们能够永远循环,保护和维持我们的生命。火源自碳的燃烧,它为世界提供了能量,同时为物质世界和生命世界提供了无与伦比的分子多样性。水孕育了碳基生命,在碳基生命演化并散播到地球每一个角落的过程中,水一直为其提供动力。”

傲慢的人类以地球“主宰者”自居,倘若能用“碳眼观地球”,也许我们会深刻意识到人类并非普罗泰戈拉口中所言的“万物的尺度”,毕竟对于贯穿于地球万物自始至终的整个演化进程的碳来说,人类不过匆匆过客而已,所以作者也呼吁,“我们每个人都必须从自身急切的欲望中后退一步,将我们珍贵的地球家园,视为一个独特但脆弱的居所。如果我们足够理智,如果我们能够以一颗敬畏之心来缓和我们的需求,如果我们能够把珍惜美丽的富碳世界视为当务之急,那我们将有望为我们的孩子、孩子的孩子以及所有的子孙后代,留下无与伦比的宝贵财富。”

本文作者:中国科普研究所副研究员王大鹏

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