你們有誰(shuí)不知道閃爍著各種光澤的貴重的金剛石,灰色的石墨和黑色的煤炭?這3種東西在自然界里只是形狀不同,實(shí)質(zhì)是同一種化學(xué)元素——碳。
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碳在地球上的含量比較起來(lái)不算多;它僅占地殼總質(zhì)量的1%。然而它在地球化學(xué)上起的作用非常大:沒(méi)有碳就沒(méi)有生命!
活的物質(zhì)里都有碳,有一門化學(xué)就是專研究碳的,我們現(xiàn)在也來(lái)了解一下這種元素的歷史吧。
從現(xiàn)在我們所能研究到的角度來(lái)看,碳的生命史上的第一個(gè)階段是熔化的巖漿。這種熔化物在地下深處和在巖脈里冷卻成各種巖石,碳在這些巖石里有時(shí)候會(huì)聚成片狀或球狀的石墨,有時(shí)候形成貴重的金剛石晶體。但是大部分的碳都在巖體凝固的時(shí)候跑掉:有的形成容易飛散的烴和碳化物從巖脈升上來(lái),聚集成石墨(例如斯里蘭卡就有這樣生成的石墨),有的同氧氣化合成二氧化碳,升到地面上來(lái)。
我們知道,萬(wàn)能的硅酸在地下深處是不會(huì)讓二氧化碳生成碳酸鹽的。事實(shí)上也的確是這樣,在我們所發(fā)現(xiàn)的各種火成巖里面,沒(méi)有一種重要的礦物是含有二氧化碳的??墒腔鸪蓭r會(huì)把二氧化碳機(jī)械地截留在巖石的縫隙里面(正像截留含氯的鹽類的溶液那樣),留在這種空隙里的二氧化碳分量很多——多到是我們大氣里所含的五六倍。
不僅在活火山的地區(qū)里,甚至在第三紀(jì)早已熄滅了的死火山地區(qū)里,地下都常有二氧化碳噴到地面上來(lái);或者跟別的易于逸散的化合物在一起聚成氣流,抑或跟水混在一起形成碳酸礦泉。
人們利用這種礦水來(lái)醫(yī)病,因此在這種礦泉的附近開(kāi)設(shè)了許多療養(yǎng)院和水療院,比如在高加索便是這樣。二氧化碳在這種水里是過(guò)飽和的,因此水面上經(jīng)常有二氧化碳的氣泡冒出來(lái),使人看了覺(jué)得水仿佛在沸騰似的。
碳的化學(xué)性質(zhì)很特別。在所有化學(xué)元素里面,只有碳能夠跟氧、氫、氮和別種元素生成多種多樣的化合物。碳所生成的這類化合物叫做有機(jī)化合物,很多種有機(jī)化合物又能生成極其多樣的、復(fù)雜的蛋白、脂肪、糖、維生素和許多種其他的化合物而含在生物體組織和細(xì)胞里面。
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由于碳能夠生成無(wú)數(shù)的化合物,結(jié)果就產(chǎn)生各種各樣極其繁多的動(dòng)植物品種,目前世界上的動(dòng)植物至少有幾百萬(wàn)種。
可這并不是說(shuō),碳是活的有機(jī)體——也就是地球化學(xué)上所說(shuō)的活物質(zhì)的主要成分。碳的活物質(zhì)里只占到10%左右,活物質(zhì)的主要成分是水,大約占80%,剩下的10%左右是其他化學(xué)元素。
既然生物體有攝取養(yǎng)料、發(fā)育和繁殖的能力,就會(huì)有很多的碳參與著活物質(zhì)的生活作用。你們也看見(jiàn)過(guò)好幾次了吧:春天池塘水面上慢慢長(zhǎng)起一層綠色的水藻和其他植物,到夏天這些水藻長(zhǎng)得最旺,而在快到秋天的時(shí)候就變成暗褐色沉到池底里,于是就生成了含有機(jī)物很多的底層污泥。后面還要講到,這樣的淤泥正是煤和植物淤泥——“煤泥”的開(kāi)端,“煤泥”能夠用來(lái)制合成汽油。
動(dòng)物呼吸的時(shí)候要呼出很多的二氧化碳。
植物吸取二氧化碳,這是二氧化碳在活物質(zhì)內(nèi)部循環(huán)的第一步。正是綠色植物的葉子,在光的照射下抓住了二氧化碳,把它變成復(fù)雜的有機(jī)化合物。這個(gè)作用叫做光合作用,參與這個(gè)作用的是光,還有植物體里面稱為葉綠素的一種綠色物質(zhì)。俄羅斯天オ的科學(xué)家季米里亞捷夫(К.?。揣讧蕨讧猝瘰铵支樱┑谝粋€(gè)闡明了自然界里光合作用的偉大意義,他對(duì)這個(gè)作用進(jìn)行了詳細(xì)的研究。由于光合作用,全世界的植物在一年中帶走空氣里大量的二氧化碳。但是空氣里的二氧化碳含量不會(huì)降低,因?yàn)樗锖蛣?dòng)物體組織都不斷地分解出二氧化碳補(bǔ)充到空氣里去。
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光合作用的結(jié)果就生成了大量的有機(jī)物——植物體組織。植物用做動(dòng)物的食料,確保了動(dòng)物的生存和發(fā)育。假如再考慮到石油和煤也都是腐爛的生物體變成的,那么植物吸收二氧化碳這個(gè)作用在地球化學(xué)上的偉大意義就更清楚了。從地球化學(xué)的效果來(lái)看,地球上再也沒(méi)有比植物的光合作用更重要的作用了。
