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关于碳与生活的一切:《C的交响乐》


2020-06-18

关于碳与生活的一切:《C的交响乐》

  地质科学教授罗伯特‧海岑(Robert M. Hazen)在《C的交响乐》(Symphony in C)中不止一次提到,地球上绝大部分的碳都蕴藏在内部。这不是太奇怪的事情,毕竟「行星内部」才是地球的大部分,就像橘子的大部分包覆在果皮之下。海岑在对自然界各种元素的全面考察中强调了这点:我们通常学到的碳循环,最初是由启蒙运动时期的科学家约瑟夫‧普利斯特里(Joseph Priestley)、安东万‧拉瓦节(Antoine Lavoisier)和汉弗里‧戴维(Humphry Davy)所描述,听起来彷彿主要发生在地球表层。

  当我们理解碳循环包括岩石、水、空气和生物后,便能大幅扩展其时间维度。富含碳的岩石(如石灰岩)在板块边缘被吸入地球内部,有些下沉的物质则透过火山爆发重新回到表层。但在缓慢翻腾的地函(又称地幔)里,还有多少碳留在地底?而在镍铁中的碳又是怎幺样?

  海岑是深碳观测计画(Deep Carbon Observatory)的执行长与推动者,它是一个为期十年的全球性多学科研究专案,探索地球蕴含的碳含量。在纽约斯隆基金会的长期资助下,该专案将于今年结束。刚开始,海岑不知道该从何下手撰写一本範围如此全面的书籍,直到一名经验丰富的管弦乐小号演奏者建议他,应该把这本书当成交响乐来写。

关于碳与生活的一切:《C的交响乐》

  第一乐章〈土壤〉阐述恆星中原始碳物质的起源;太阳系的形成;以及地球内部和其他行星(包括系外行星)上的碳。第二乐章〈空气〉透过地质年代追蹤大气的演变,因为碳基生命在这种循环中变得越来越重要。〈火〉探索从钻石到石墨烯等多种形式的碳分子特性,包括是什幺原因使它们具有黏性或滑润性、韧性或弱性、可摧毁性或不可摧毁性,而最重要的是这些物质相当实用。最后,〈水〉的章节将焦点拉回原始的地球、生命的起源、物种演化以及人类在碳循环中的作用。

  这首交响曲在第二乐章和第三乐章中充满了活力,海岑在此阐明碳在气候变化中所扮演的角色,并讚叹碳在製造性质迥异物质方面的巨大作用。但在缺少有力的主题情况下,这首交响乐很难更深入,而且似乎显得过于浓缩,不必要的词语也佔用应该适时解释的篇幅。

  书中缺少图表呈现碳循环。事实上,里头没有文内图片,只有一组插图:地球的剖面图与科学家的工作照及一些化石图片。儘管详细介绍了矿物学家用来将物质置于深层地球的温度与压力之下的工具「钻石砧」,但若有一幅插画能让读者更容易阅读。

  此外,书中许多内容与其说是解释,不如说是坚持已见。例如碳年代测定法的部分就很「玄妙」,并没有提及作为互补方式的树轮年代学,它能修正碳放射衰变的偏差,从而造成不準确的样本年龄。

关于碳与生活的一切:《C的交响乐》

  以比才的曲名为书名确实让这本书饶富趣味,例如海岑分享他音乐生涯中的轶事,当乾冰(冻结的二氧化碳)产生的烟雾瀰漫在舞台上产生的副作用。他也开玩笑地说,丁宁库石(tinnunculite,一种猎鹰粪便碰到燃烧的煤矿气体产生反应的物质)并不是深碳观测计画预料中的碳矿物之一。

  科普书籍往往至少有一部分是藉由历史与前人的事蹟来讲述。然而,《C的交响乐》几乎没有提到任何历史:书里看不到苏联生物化学家亚历山大‧奥巴林(Alexander Oparin)的名字,他在1936年出版了开创性的着作《生命起源》(The Origin of Life),首次描绘无生命的碳变成生命体的过程。更惊讶的是,连诺贝尔奖得主、美国化学家莱纳斯‧鲍林(Linus Pauling)也没有出现在书中,他以量子力学分析碳形成的多种原子键,并用直观浅白的概念阐述,使他在1930年代初声名大噪。

  碳构成了生活中基本上一切的事物,伦敦地质学会宣布2019年为「碳年」。与此同时,气候紧急状态的宣示引起世界各地的学校罢工和抗议活动。因此,海岑的着作珍贵且易懂,他解释了为何我们应该更聚焦在「第六元素」上,以及随着时间的推移,它在行星上的作用还有多少有待科学家发现。

图片出处:Arden@flickr

书籍资讯

书名:《C的交响乐》Symphony in C: Carbon and the Evolution of (Almost) Everything

作者:Robert M. Hazen

出版:W. W. Norton & Company


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