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  • 1 # 雲舞空城

    在繼續展開解釋以前,請允許我首先解釋“同位素分餾”的概念。

    高中物理告訴我們,同位素是具有相同質子數、不同中子數的一種原子。例如,對於正常的分子量為12的碳原子,它一共有6個質子和6箇中子。但碳的中子數其實是在4~9之間變化的,也因此一共產生了6種碳的同位素,其中含量最多的依次是碳12(6質子+6中子),碳13(6質子+7中子)和碳14。前兩者是穩定同位素,而碳14則帶有輕微的放射性。這三種碳原子在自然界的分佈有很大的差異,碳12約佔98.89%,碳13佔1.108%,碳14則更少。

    由於這些碳原子所含有的中子數各不相同,因此它們的質量也便有了輕與重的區分。當一堆輕重不一的碳同位素共同參與到自然界的物理、化學和生物活動(統稱地球化學過程)中的時候,質量的差異就會導致不同質量原子的含量出現變化。

    這種變化,被地球化學家稱作“分餾”,就像是不同溫度下蒸發出不同密度的煤油、汽油、柴油一樣。

    有些地球化學過程傾向於富集質量更重的碳13,而有一些地球化學過程傾向於富集較輕的碳12,於是,我們使用碳12和碳13含量進行一系列計算,就可以知道這個樣品可能形成於哪一種地球化學過程。

    比如,用以下公式計算碳13同位素比值,δ13C。

    δ13C越小,表示碳13含量越低;反之則表示碳13多而碳12少。

    科學家早已證實,在地球上,一切生命活動都明顯傾向於富集更輕的碳12

    包括植物的光合作用,有機物在地層裡的演化,有機物形成石油和天然氣等;而富集碳13的活動則幾乎都是非生命活動,比如海洋裡碳酸鈣的沉澱,地幔裡碳元素轉變為鑽石等。

    於是,我們有了判斷一個物質形成於有機過程還是無機過程的法寶。

    只要我們可以獲得來自火星的有機質樣品,測定它的碳同位素含量,計算δ13C的數值,就可以知道它究竟來自生命活動及有機成因,還是來自星球本身的無機過程。

    測量的結果令人振奮:火星隕石裡的有機質,竟然與地球上生命活動產生的有機質具有相似的碳13同位素比值——這說明,除非火星上還有著什麼人類完全沒有認識到的無機過程能夠富集碳12,那麼這幾乎就是火星曾經有過生命的鐵證了。

    延伸閱讀:

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    https://www.wukong.com/question/6428810718249746690/

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