地球大气中最多的气体氮，含量是氧气的3.7倍，它们是哪来的？

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地球的大气层里存在着多种气体，在它们之中，我们最熟悉的无疑就是氧气了，毕竟我们每时每刻都需要氧气，但地球大气中最多的气体，其实不是氧气，而是氮气，实际上，地球大气中氧气的含量约为21%，而氮气的含量则约为78%，大概是氧气的3.7倍。

那么，地球大气中为什么会有如此多的氮气，它们是哪来的呢？下面我们就来聊一下这个话题。

根据科学界的主流观点，宇宙诞生于大约138亿年前，在早期宇宙中，只有像氢、氦这样的相对质量很轻的元素，而像氮这样相对质量较重的元素，则是在后来通过恒星内部的核聚变产生的，至于相对质量比铁更重的元素，则主要是在中子星碰撞、超新星爆发这样的高能事件中产生。

所以如果追根溯源的话，地球大气中的氮元素，其实都是那些远古的恒星产生的，在它们消亡之时，会将自己“一生”所创造的各种元素抛洒在宇宙之中，而氮元素则是其中的一种，随着时间的流逝，这些氮元素会不断的扩散，其中的一部分，就来到了太阳系的“前身”——“太阳星云”。

简单来讲，“太阳星云”就是一片巨大的原始星云，在大约46亿年前，这片星云因为某种扰动而发生了引力坍缩，在此过程中，随着物质密度和温度的不断地提升，太阳首先在这片星云的中心形成，而残余的物质则逐渐形成了太阳系中的各种天体，其中就包括了地球。

也就是说，地球大气中氮元素的直接来源，其实就是“太阳星云”，不过需要指出的是，这些氮元素中的绝大部分并不是一开始就以氮气分子的形式存在，实际上，它们转变成氮气，是有一个过程的。是什么呢？我们接着看。

需要知道的是，宇宙中的元素比例极不均匀，其中氢就占据了大约73.9%，氦则占据了大约24%，而氮的丰度虽然也比较靠前，但所占的比例却仅有大约0.1%，所以宇宙中的氮原子之间很难直接“遇上”，并结合成氮气分子，而在绝大多数的时候，它们“遇上”的，都是氢和氦。

但由于氦是极不活泼的元素，即使氮“遇上”氦，也不会有什么反应，因此宇宙中绝大部分的氮，都会与氢结合成化合物，其中最常见的就是氨气。

这样的情况在“太阳星云”中也同样存在，在地球的形成过程中，尽管其引力不能对氢气和氦气等分子量相对很轻的气体形成有效的束缚，但却足以束缚分子量更重的气体，而氨气分子就是其中之一，所以地球的原始大气之中，其实就存在着大量的氨气，而这些氨气，正是现代地球大气中氮气的主要来源。

氨气分子的分子式为“NH3”，我们可以将其简单地理解为，氨气分子就是由一个氮原子和三个氢原子通过“共价键”结合而成。

可以想象的是，如果有某种力量可以破坏掉它们之间的“共价键”，那氨气分子就会被分解成氮和氢。那是否有这种力量呢？答案是肯定的，那就是太阳的短波辐射（主要是紫外线）。

所以地球原始大气中的氨气，就会被太阳的短波辐射“光解”成氮气和氧气，这个过程可用反应方程式“2NH3 = 3H2 + N2”来进行描述。

正如前文所言，以地球的引力，是无法束缚住氢气的，所以这些氢气要不了多久就会从地球的大气层顶逃逸，而氮气分子的分子量比氨气还要重，因此它们就会被地球的引力牢牢地束缚住。

在此基础上，再加上氮气分子是最稳定的双原子分子结构，它们一旦形成，就不会再被“光解”，除此之外，氮气的化学性质也非常稳定，在地球的自然环境中，它们很难与其他的物质发生反应，因此这些氮气就会不断地在地球大气中堆积。

随着这个过程的持续，地球大气中的氨气越来越少，而氮气则越来越多，最终的结果就是，地球原始大气中氮元素，几乎都转变成了氮气，并且长久地留存了下来，也正是因为如此，现代地球大气中才会有大量的氮气存在。

那地球大气中的氧气又是哪来的呢？简而言之，在早期地球大气中，其实含有大量的二氧化碳，而在地球上演化出了能够进行光合作用的生物之后，它们就能够利用阳光的能量，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时源源不断地释放出氧气，久而久之，地球大气中的氧气就多了。

值得一提的是，早期地球大气中的二氧化碳其实比氨气多得多，在它们之中，其实只有一少部分被地球生物的光合作用吸收和转化，而大部分的二氧化碳则是通过另一种途径进入了地球深处。

这个途径可以简单地描述为：二氧化碳会与地球表面的液态水发生反应并生成碳酸，而碳酸则会进一步与其他的元素（如钙、镁等）形成碳酸盐，在此之后，这些碳酸盐会不断地沉淀下来，并随着地球的地质运动渐渐地进入到地球深处。

那么，假如没有可以进行光合作用的生物，也没有液态水，地球大气又会是什么样子呢？其实看看地球“隔壁”的金星就知道了。

观测数据表明，金星大气中的氮气总质量其实比地球还要多，但它们在大气中所占的比例却仅有3.5%左右，而其他的气体，则几乎全部是二氧化碳，以至于金星表面的大气压达到了地球的大约92倍，而之所以会这样，有一个重要的原因就是：金星表面没有任何生物，也没有液态水。

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