碳（carbon）與卡爾文循環（Calvin Cycle）

不同狀態的碳。圖片來源：Wiki

碳（carbon）的名字來自於煤（coal）和木炭（charcoal）。到底是誰發現碳已不可考，羅馬人很早就懂得製作木炭，而據信中國人在紀元前2,500年就知道鑽石了。不過，拉瓦節（Antoine Lavoisier，1743-1794）是第一個證明鑽石也是碳構成的。在1772年，他把木炭與鑽石燃燒，證明它們都只會產生二氧化碳，而且每公克木炭與每公克鑽石所產生的二氧化碳量是相同的。1779年舍勒（Carl Wilhelm Scheele，1742-1786）也證明石墨（graphite）也是由碳構成的，而不是如過去認為是由鉛組成的。

碳的名字也是拉瓦節在1787命名的，法文寫作 charbone，源自於拉丁文 carbonem，意思是「煤、木炭」。字首寫作carb(o)-。

碳有好幾種同位素，其中最穩定的是碳12（¹²C，佔98.93%）與碳13（¹³C，佔1.07%）。由於生物體偏好使用碳12，所以在生物體內碳12的比例還要在高些，因此碳12：碳13的比例可以用來判斷地層是否曾被微生物作用過的證據。由於碳12是我們體內主要的元素之一，可能也是最重要的元素，所以在1961年IUPAC（國際純化學和應用化學聯合會，International Union of Pure and Applied Chemistry ）把碳12列入原子量標準。

碳的同位素裡面最為人所知道的應該是碳14（¹⁴C）。它是自然產生的，在大氣中的濃度約為1 PPT（part per trillion，兆分之一）。因為它的半衰期（half-life）是 5,730 年，而在生物體內的濃度會維持恆定，等到生物死亡後就會隨時間衰減，所以在1949年威拉得·利比（Willard Libby，1908-1980）發展了「放射性碳定年法」（Radiocarbon dating），用來鑑定化石的年代。

除了放射性碳定年法之外，碳14還幫助卡爾文博士（Dr. Melvin Calvin，1911-1997）解出卡爾文循環（Calvin Cycle）。當時卡爾文博士要追蹤二氧化碳在綠藻（Chlorella）裡面的去向，原本使用了碳11（¹¹C），但是碳11的半衰期只有22分鐘，根本來不及分析！幸好在1940年馬丁·卡門（Martin Kamen，1913-2002）與薩姆·魯賓（Sam Ruben，1913-1943）發現了半衰期長得多的碳14，使得卡爾文循環的研究可以順利進行；所以有時候技術不夠進步也會嚴重阻礙科學發展呢！

參考資料：

Wikipedia. Carbon. Carbon-14.

Taiz and Zeiger. Plant Physiology and Development. 6th eds. Sinauer.

Online Etymology Dictionary. Carbon.