碳是地球生命起源、生物圈形成和演化必不可少的元素之一。但地球碳的来源问题一直是长期受到地球科学家关注的一个未解之谜。碳质球粒陨石含有一定量的碳，也被普遍认为是组成地球物质的最初始组份。但碳是一个高挥发性元素，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，碳是一个高度亲铁元素，极易与铁形成铁碳合金。因此，45亿年以前当地球增生过程中，地球中未能逃逸的碳极可能主要进入到地球的金属核中。因此，原则上在地球形成之后，地球的硅酸岩地幔以及地球浅层地表都应该非常亏损碳。那么我们今天观测到的地球硅酸岩地幔中的碳和地球生物圈中大量的碳从何而来？ 

　　我所李元研究员与美国Rice大学地球科学学院以及美国Woods Hole Oceanographic Institute的科学家合作，通过高温高压实验研究碳在类地行星（火星、地球、金星以及水星）核幔分异过程中碳的地球化学行为，为解决这一关键科学问题提供了重大线索。李元等人意识到，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。为此，李元等人通过改进研究方案，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。结果表明，如果类地行星的金属核富集硅或硫，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非常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的10-40%，类似水星的星体撞击到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地球浅层地表中碳的来源。 

　　以上成果由李元研究员作为第一作者和共同通讯作者发表于9月5日出版的Nature Geoscience上，相关报道可参阅http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2801.html；以及http://www.bbc.com/news/science-environment-37276218。 

图一 地球生命所需要的碳可能来源于45亿年前一个类似水星的星体和地球的相撞。 

同位素地球化学国家重点实验室 & 科技与规划处 供稿