作為生命起源、生物圈形成與演化必不可少的元素之一，地球上的碳究竟從何而來？《自然·地球科學》雜志近日發表一項中美科學家的聯合研究成果，為這一科學界長期爭論不休的問題提供了新的答案：地球上幾乎所有生命所需的碳均來自45億年前地球與一顆類似水星的行星幼體之間的一次大碰撞。
論文第一作者、中科院廣州地球化學研究所研究員李元告訴科技日報記者，碳質球粒隕石含有一定量的碳，也被普遍認為是地球最主要的組成物質。但碳是一種高揮發性元素，在45億年前地球高溫高壓增生過程中，大量的碳逃逸到太空中；另一方面，碳也是一種高度親鐵元素，極易與鐵形成鐵碳合金，因此，當時未能逃逸的碳極有可能大部分進入了地球的金屬核中。若果真如此，原則上在地球形成之后，地球的硅酸巖地幔以及淺層地表的碳應該非常匱乏，那么今天觀測到的硅酸巖地幔中和生物圈中大量的碳的來源就成了一大問題。
為解答這一關鍵科學問題，李元與美國萊斯大學地球科學學院的科學家一起，通過高溫高壓實驗研究碳在類地行星（火星、地球等）核幔分異過程中的地球化學行為。他們意識到，和地球金屬核相比，火星的金屬核可能更富集硫，而水星的金屬核可能更富集硅，于是改進研究方案，在高溫高壓條件下對碳在富硅或富硫的金屬相（代表行星金屬核）以及硅酸鹽熔體相（代表行星硅酸巖幔）之間的化學行為進行了模擬。
研究結果表明，如果類地行星的金屬核富集硅，那么碳將從金屬核中被“驅逐”出去，形成一個富碳的行星硅酸巖幔。這和我們今天所觀測到的水星表層以及水星殼富集石墨的情況相一致。因此，李元等人提出，在地球增生的晚期，如果一個質量為地球10％—40％的類似水星的星體撞擊45億年前的原始地球，將造成大量的碳加入地球，從而圓滿地解釋了地球硅酸巖地幔以及淺層地表中碳的來源。
