2022年9月29日

说起地球上最重要的一个气体,相信大多数人首先就会想到氧气,虽然我们依赖于氧气才可生存,但地球大气中最主要的气体却并不是氧气,地球大气中含量最高的其实是氮气。氮气占比高达78%,而地球生物生存所需的氧气仅仅只有21%,是远远少于氮气含量的。

太阳系形成之前,始于一片巨大的星云,那种原始星云被称之为“太阳星云”,直到46亿年前,太阳星云的引力开始塌缩,于是星云的体积变得越来越小,核心区域内的物质也就随之越来越密集,当温度与压力上升到一定程度后,就慢慢形成了太阳。

当初期的太阳形成后,星云内的很多残留物质是围绕着太阳旋转的,随着时间的不断推移,也就慢慢形成了如地球在内的太阳系各天体。

上图是宇宙中元素比例,我们可以发现,宇宙中各种元素的比例并不均匀,像氢和氦就占据了约98%的质量,在剩余的2%中,则是氧、氮、碳、硅、镁、硫、氖、铁这8元素占据了大部分。根据这种元素比例而言,也就表明,其实早期太阳星云内就是氮元素占据了大部分的含量,这就为地球形成后大量的氮气打下了一定的基础。

早期太阳星云内氮元素占比极高,而占比第二高的氦元素又属于一种非常不活跃的元素,于是基本上氮元素与氢元素相互结合,形成了全新的化合物,像是氨(NH3)就是最主要的一种。

氨气是比较重的(分子量大约为17),所以依靠地球的引力就可将其束缚,所以说地球原始大气中就是具有很多氨气的。而在后来地球演化的漫长时间里,来自太阳光中的短波辐射又源源不断的将氨气分解成氮气与氧气(反应方程式为:“2NH3 = 3H2 + N2”)。

但由于氢气的分子量约为2,所以地球引力不足以束缚住氢气,它们会快速的逃离地球大气层,反观氮气的分子量是28,它是比氨气还要重的,自然也就可以留在地球大气层内。随着这一过程长年累月的持续,地球大气中的氮气也就越来越多,正好氮气又属于惰性气体,所以它就长久的留在了地球大气中。

在太阳系内,像土星、木星、天王星以及海王星都属于巨行星,它们强大的引力足以束缚住氢气和氦气,又由于我们上文中已经提到过的,太阳星云中绝大部分元素都是氢与氦,所以像这4大巨行星的大气都是由氢气与氦气为主所构成的,相比而言,它们只能够吸积极少数的氨气。

由于重力的影响,重物质会下沉,轻物质则是会上浮,所以氨气都会沉向巨行星大气层的底部,也正是因此,那些星球上的氨气就无法有效的被太阳光中的短波辐射所分解。

在太阳系内除了地球之外,还有三颗岩石行星,这其中水星的体积太小,里太阳过近,所以它是没有大气层的。火星的体积也并不算大,大气层本来就十分稀薄,所以大气层中的氮气也并不算多。

剩下的金星,大气中氮气含量占比3.5%左右,虽然地球大气中氮气占比高达78%,看上去地球大气中的氮气会更多一些,但事实却并不是如此。

要知道虽然地球氮气占比更高,但金星的大气层却比地球浓密太多,金星表面的大气压是地球的92倍左右,约有95%都为二氧化碳,所以但看氮气占比是并不高的。但如果拿总量而言,金星大期内含有的氮气是远远高于地球的,氮气总质量高于地球3倍还多。这一现象其实很好理解,因为金星比地球距离太阳更近,大气也比地球更浓密,所以它可以吸积更多氮气来源氨气,自然也就形成更多氮气了。

比较有意思的是在地球上具有两种消耗二氧化碳的机制,首先是地球大气内的二氧化碳会与液态水发生反应,形成碳酸,而碳酸又可以与钙、镁等元素发生反应,产生碳酸盐。形成后的碳酸盐会慢慢下沉,随着漫长时间的地质运动最终都沉入地球内部。

另一种就是地球植物与藻类的光合作用,这些植物可以利用太阳光的能量,将二氧化碳转化为氧气和其它有机物。受这两种消耗二氧化碳机制的影响,所以才使地球大期内的二氧化碳并不会像金星那样的高。

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。