在地球46億年的歷史中,氮氣始終是含量最高的氣體,為什麼?

在地球46億年的歷史中,氮氣始終是含量最高的氣體,為什麼?

不過人類賴以生存的氧氣並不是地球上含量最高的氣體,地球上含量最高的氣體是氮氣。在地球的大氣之中,氮氣的含量佔到了78%,而氧氣的含量排名第二,約為21%。我們經常會提到的溫室氣體二氧化碳其實在大氣中的佔比並不高,二氧化碳和氬氣等氣體加在一起才佔地球大氣的1%。

在地球46億年的歷史中,氮氣始終是含量最高的氣體,為什麼?

我們可以看出,氮氣在地球大氣中的佔比具有絕對優勢,含量達到了其它所有氣體的三倍。這使得我們不禁要問,地球上的氮氣為什麼這麼多?要回答這個問題,我們需要追溯到源頭,何為源頭。源頭就是宇宙誕生之初。組成宇宙間所有物質的基本粒子在宇宙誕生的那一時刻起就已經出現了,不過在宇宙誕生之初,首先形成的物質中並沒有氮。

和宇宙一同誕生的是氫元素和氦元素,這是兩種相對較輕的物質。

這些物質在漫長的歲月中演變為星雲,又凝聚為恆星。而恆星在進一步的天體演變過程之中產生了一些新的元素,氮元素就是其中之一。而像鐵元素這些較重的元素則是在大質量恆星的主序星階段結束之後,在超新星爆發中產生的。

在地球46億年的歷史中,氮氣始終是含量最高的氣體,為什麼?

在元素週期表中,已知的元素共有118個,其中有些元素的形成難度較大,而有些元素的形成相對容易,而氮就是相對容易形成的一類。氮元素的形成並不需要太過劇烈的天體活動,一般的恆星都可以滿足氮元素形成的條件,所以氮氣在宇宙中的含量並不算低。宇宙的年齡大約為138億歲,而地球的歷史約有46億年,在地球形成的時候,宇宙中的氮氣含量其實已經很高了。

在地球形成的過程中,大量的氮氣參與其中,所以可以說地球在形成之初就已經有了較高的氮含量。

事實上,在地球的最初形成階段,氮氣的含量比現在還要高,甚至可能在地球大氣之中佔據超過了90%的比例。不過,一個星球的大氣結構並不是一成不變的,特別是像地球這樣擁有生命的星球,大氣結構的變化就會更加明顯。

在地球46億年的歷史中,氮氣始終是含量最高的氣體,為什麼?

原因其實很簡單,植物在光合作用的過程中,透過吸收二氧化碳和水分,將碳元素以有機化合物的形式固定下來,並最終向外釋放出氧氣,而這一過程會增加大氣中的氧氣含量。同時,能夠產生氧氣的不僅植物,還有海洋。另一方面,動物的活動會消耗氧氣,產生二氧化碳。總之,這一切都會導致大氣結構的變化。

經過了漫長的歲月,地球的大氣結構發生了一定程度的改變。

氮氣所佔的比重有所下降,但仍維持在78%的高佔比,氧氣的含量大幅增加,達到了21%,此外還有1%的二氧化碳以及其它氣體。我們將發生改變後的地球大氣稱之為再生大氣,這種叫法是與地球原生大氣相對而言的。

在地球46億年的歷史中,氮氣始終是含量最高的氣體,為什麼?

我們可以看到,即使經歷了歲月的變遷,氮氣的佔比有所下降,但仍維持在高位,始終是地球上含量最多的氣體,這是為什麼呢?這是由氮氣的性質所決定的。任何事物的累積都離不開兩方面的因素,一是開源,二是節流。那麼氮氣是如何做到開源節流的呢?所謂的開源其實就是來自於地球本身,地球透過火山噴發等形式會產生氣體逸出,此時大氣中的氮氣便會從地殼中得到補充。

氮氣本身是一種比較穩定的氣體。

氮氣的化學鍵很是穩定,要想破壞它需要極大的能量。由於氮氣的活性較低,所以氮氣通常不會與其它物質發生化學反應。這也是為什麼氮氣從地殼中逸出之後仍然能夠以氣體的形式進入到大氣之中的原因。

開源節流做好了,氮氣自然也就能夠保持自己地球上第一的位置。表面上看起來氮氣只是一種氣體,與我們並不相干,實際上我們卻分毫離不開氮。氮元素以氣體的形式存在於地球大氣之中,同時它也是構成生物機體的重要元素,我們可以在幾乎任何一種生物體內找到氮元素的影子。在地球之上,無論是天上的大氣,還是地下的地殼,又或者是生物體內,氮元素可以說是無處不在的。

頂部