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内容简介:
元素周期表中的第六号元素是什么？
氢氦锂铍硼……是碳。
没错，提到碳，你会先想到什么？
是煤炭、石油这些现代人类社会赖以维系的能量来源——化石燃料，还是碳纳米管、富勒烯这些经常出现在科技新闻里的新词？又或者，你可能会首先想到碳中和、碳排放、碳捕集、碳封存、温室效应？
碳无处不在。它是地球生命的基石，更为人类社会奠定了基础。从过去到现在，再到遥远的未来，各种形式的碳对地球、生命、人类有着无可匹敌的深远影响。
不过，你可能没有意识到这一点：尽管碳在太阳这样的恒星中含量丰富，但平均到整个地球来看，碳实际上是一种稀有元素。我们生活在一个富含碳的环境中，而这个环境位于一个贫碳行星的表面！这是如何发生的？
天文学家西奥多·斯诺和唐·布朗利带我们踏上了一段跨学科的探索旅程，以宇宙学的宏大视角，回顾碳从宇宙诞生到地球演化、从生命起源到人类文明的非凡旅程。
读完这本书，你将明白，奇妙的碳元素如何在最宏大的意义上真正塑造了我们的世界。
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⭐荣获《选择》杂志（Choice）2024年度杰出学术著作奖
⭐启迪之星常务副总经理、清华大学化学系博士 郑庆伟，北京市地勘院高级工程师、科普作家 马志飞 作序推荐
《第六号元素》是一部融合科学深度与文学美感的杰作，聚焦于碳元素在宇宙、地球和人类历史中的核心角色。通过生动的叙述与翔实的数据，作者引领读者探索碳从宇宙诞生到地球演化、从生命起源到人类文明的非凡旅程。书中不仅揭示了碳在物质世界中的独特地位，还探讨了它对气候变化、能源转型和未来科技发展的深远影响。本书以其独特的跨学科视角，兼具科普性和前沿性，为渴望理解宇宙与生命深层联系的科学爱好者和普通读者提供了一次富有深度的阅读体验。
——苟利军，中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学教授
这次迷人的旅行历述了基础化学、大爆炸、恒星核合成、行星宜居性、现代全球变暖等，所有这些都被碳元素这条共同线索联系在一起。无论你的科学背景如何，你都能从这本书中学到东西。
——詹姆斯·卡斯汀，全球行星科学领域领军科学家，美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士
这本书以惊人的智慧带我们进行了探索碳元素之旅。斯诺和布朗利巧妙地围绕一种化学元素，编排了一门引人入胜的基础科学课程。
——乔纳森·鲁宁，康奈尔大学行星科学家
这本书研究细致，内容全面，将成为未来几十年科学图书馆的宝贵财富。
——《福布斯》杂志
作者简介:
作者
西奥多·P. 斯诺（Theodore P. Snow）：科罗拉多大学博尔德分校天体物理学和空间天文学中心名誉教授，国际天文学联合会（IAU）活跃成员，宇宙起源光谱仪科学团队成员；他是获奖教材《动态宇宙》的作者。
唐·布朗利（Don Brownlee）：华盛顿大学天文学名誉教授、天体生物学项目成员，美国宇航局“星尘”任务的首席研究员；科普作家，此前他与华盛顿大学古生物学家彼得·沃德合著了《稀有地球》。
译者
王文浩，清华大学工程物理系高级工程师，专业方向是聚变与等离子体物理，近年主要从事科普著作翻译，译有贝尔纳的《科学的社会功能》、维纳的《控制论》等。
推荐序1 III
推荐序2 IX
引 言 001
第1章 碳的发现、起源和扩散 011
第2章 碳的化学：为什么它如此特殊？ 037
第3章 地球和太阳系中的碳 057
第4章 碳与地球和其他地方的生命 077
第5章 银河系中的碳 115
第6章 碳有什么用处？ 137
第7章 钻石 171
第8章 大气、气候和宜居性 197
第9章 碳的出处 219
结语 碳：从开始到无限 229
注释 237
参考文献 245
· · · · · · (收起)
原文摘录:
当碳与其他元素结合时，它们可以形成几乎无限多种化合物。这些化合物是如此重要，以至于它们有自己的学科类别名称，叫作“有机化学”。
碳单质有几种已知的天然形式，而非天然的形式至少有一种。最简单的碳单质形式就是只有一个原子，但这种形式的碳在地球上是无法找到的，因为碳原子总是附着在任何东西上形成分子。只有在与世隔绝的星际空间中，才能发现单个碳原子。比单个碳原子复杂的是碳链，也就是碳原子排成一行形成的单链，它们的自然状态也只能存在于星际空间。
在碳原子相互结合后，它们可以形成被称为石墨烯的薄片。当石墨烯片堆叠在一起时（这很容易做到），我们就有了石墨，这种材料可以让铅笔画出黑线。石墨烯片还可以卷曲形成微小的中空纳米管，进一步卷曲则可以形成富勒烯（也称巴基球，以发现者巴克敏斯特·富勒的名字命名）。自然界中最丰富的富勒烯形态就是类似足球的准球状分子C60。众所周知，碳还可以形成最高级的矿物——钻石晶体。我们将专门辟出一章来介绍它。纯碳环也是可能存在的：由18个碳原子构成的环碳分子是目前唯一被制造出来的纯碳环。理论上早就预测了这种结构的存在，但直到2019年，人们才真正合成这种结构。因此，尽管我们已知的碳的形态多得令人难以置信，但总有更多的形态等待着我们去发现。 (查看原文)
闻夕felicity
2025-04-07 08:01:23
—— 引自章节：引 言 001
20世纪50年代，加州理工学院的克莱尔·帕特森确定了地球和太阳系的第一个确定年龄。帕特森在测量铅同位素的工作中发现，我们生活的环境中存在必须认真处理的巨大铅背景污染。这种铅背景污染不是天然的，而是由数千年人类的使用积累起来的，从罗马的管道到用于涂刷房屋的油漆，不一而足。铅污染的一个主要来源是四乙铅，它被添加到汽油中是为了使发动机运行得更平稳。这种东西有点儿像化石燃料在我们的大气中悄悄积累的温室气体二氧化碳。人类加工的铅一直在全球环境中积累，没有人注意到或关心这种状况。人们发现，环境中的铅污染会导致严重的健康问题，如儿童智力下降。顶着工业界强烈反对的压力，帕特森在确定地球年龄方面的英勇努力，最终形成了禁止在汽油、管道、水冷却器、油漆、盘子和玩具等产品中使用铅的全球共识，这是基础科学研究改变我们生活的世界的经典例子。 (查看原文)
闻夕felicity
2025-04-07 08:54:37
—— 引自章节：第3章 地球和太阳系中的碳 057