地球有多少地层（5亿亿吨碳）

我们的地球是一颗碳星球，因为有太多碳。环顾周围，咱们的吃穿住用、读的书本、甚至包括咱们自己，没有哪一样里边没有碳元素。我们吸进去氧气，呼出来二氧化碳，空气中二氧化碳太多会导致气候变暖，这让科学家们头疼。所以我们要种树，树能吸收空气中的碳并把它固定到地面。如果哪一天树变成了煤，煤可以燃烧，这就是我们常说的化石能源。

煤燃烧释放热能和二氧化碳

地球上的碳一直在不停地循环，从土壤到空气，再从空气回到土壤。我们人类的生存和发展正在打破这种平衡，因为我们把地底下的石油和天然气抽出来、把煤炭挖出来烧，几千万年甚至几亿年前被封存在地底的碳变成二氧化碳回到大气中。

有些朋友对“化石能源”这种提法总是心存怀疑，全球石油产量每年40多亿吨，年年都说石油会耗尽，但地底下的石油储量却似乎并不见少，现在已经探明的石油达到了2300亿吨。科学家们还说在地底下总共封存了1.5亿亿吨碳，如果说这些都是化石能源，是由细菌和动植物的尸骸堆出来的，细菌怎么变成石头和油？它们不会腐烂或被吃掉吗？古时候哪来那么多细菌呀？

美国中部井架林立的页岩油田

碳并不是在地球上产生的，它来自古老恒星，是核聚变的产物，也是恒星毁灭的象征。未来太阳烧光它内核里的氢，内部的能量无法抵抗外壳压力时，它外面的物质会向内剧烈坍塌，造成强烈爆炸，这就是氦闪。经历几次氦闪之后，太阳将正式走向死亡。

在氦闪的过程中，太阳内部物质会经历一种“三重α过程”，氦在这个过程中聚变成碳，这正是宇宙中碳的起源，地球上所有的碳也是来自于太阳诞生之前一次剧烈爆炸的残骸。

“三重α过程”产生碳

在地球诞生之初，碳以原子的形式存在地下，大气中既没有碳也没有氮气更没有氧气，原始地球空气里含量最多的是氢气和甲烷，这是太阳系星云中普遍存在的两种气体。

随着放射性物质不断衰变发热，地球变得滚烫，岩石熔融，大部分铁和重元素下沉到地心，而碳被氧化成二氧化碳，与水和氮气一起随火山喷发出来。水汇聚成湖泊和海洋，大气中充斥着几亿亿吨碳，氧气几乎为零，那时候的地球不适合今天的生物生存。

二氧化碳和水从地下喷出形成大气和海洋

大约40亿年前，在地球表面的海洋与湖泊中诞生了最早的单细胞生命，这些原核生物不需要氧气就能生存。到了大约35亿年前，地球上出现了一种更高等级的单细胞生物——蓝藻细菌，这种细菌吸入二氧化碳，再通过光合作用释放出氧气，氧气释放到水里后与游离的金属（主要是铁）产生氧化物，今天绝大多数的铁矿就是那个时候产生的。

细菌和藻类制造氧气固定了碳产生氧气改变了地球

当水里的金属原子差不多耗尽，氧气就从水里释放到空气中，大气的二氧化碳和甲烷越来越少，氧气越来越多。水里大量的厌氧细菌都被氧气给毒死了，这就是地球历史上的第一次“大氧化事件”，又被称作“氧气大屠杀”。三十多亿年间海洋和湖泊里的细菌去哪了？它们死后都沉到了水底。由于水中氧气含量极低，它们不会腐烂，也没有别的生物吃掉它们，这些细菌和藻类携带着亿亿吨计的碳一点点沉积、被沙土和矿物质掩埋起来。

细菌和藻类清除了空气中的二氧化碳、制造出氧气、净化了海洋与湖泊的水质，也为更高级生命的出现和演化创造了条件。

寒武纪海洋生物大爆发

随着大量泥沙倾泻，水底沉积的物质被越埋越深，在亿万年的时间里埋深达数百甚至几千米。地球的中心是一颗炙热的大铁核，它的温度高达5000℃。地心强大的热力使地幔物质翻滚对流，地幔又推着地球表面的地壳来回移动。一部分地壳被挤压到另一块地壳的下面，在高温高压下，沉积的细菌残骸发生了变质。

地质学家们对一种名为“干酪根”的沉积岩十分感兴趣，干酪根是一种黑色或棕色的石头，又被称为油母质。顾名思义，这是一种可以产生石油的石头，它实际上就是古代生物残骸在地底高温高压下经亿万年变性的产物。

沉积岩中的干酪根上有古代水藻痕迹

科学家在形成时间比较短的油母质中发现了大量的动植物化石，主要是远古时期的水草和鱼类的残骸。而更早期的油母质中却什么也找不到，因为细菌太小，它们的个头普遍在1微米以下，在亿万年的高温高压下，糖类、脂肪酸和氨基酸被分解清除，细菌化为乌有，仅剩下高分子含碳有机混合物存留在岩石缝隙中。如果地下的温度合适，一部分油母质会分解，释放石油或者天然气。

石油层的形成

煤炭也是一种干酪根，从本质上讲它与几十亿年前沉积在水底的小生物是一样的。地球上有些森林持续存在了几千万年，有一部分树木倒下后并不会完全腐烂，它们一层一层地堆积，新的树木在上面生长，倒伏的树木逐渐碳化成泥。随着岁月变迁，森林被埋藏在地下，慢慢变成干酪根，也就是我们常说的煤矿。

庞大的古森林造就了庞大的煤矿

许多人纠结于地层下石油与碳储存的庞大数字，觉得这些不可思议的结果不可能是生物创造的，那是他们无法想象我们的地球之大、生物总量之庞大、历史之漫长。打个现实的比方，我们大气层里目前二氧化碳的浓度大约为622ppm，也就是万分之六多一点，这是个极低的比例。然而考虑到大气层的总质量为5.15×10¹⁸千克，这意味着大气中二氧化碳总质量约为32033亿吨，其中元素碳的质量达到8736亿吨！由此可见，微生物和动植物用几十亿年的时间将1.5亿亿吨碳固定在地下，这是一点也不奇怪的事情。