为什么地球的大气层主要是由氮和氧组成的?

发布网友 发布时间：2022-04-23 03:00

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热心网友 时间：2023-09-19 12:33

我们地球的大气层是由78%的氮气、21%的氧气以及其他诸如水蒸气和二氧化碳等痕量气体组成。相对于其他行星的大气层而言，这是一种比较奇怪的混合。木星和土星主要由氢气和氦气组成；金星那厚厚的大气层中有大约96%为二氧化碳，而只有3%的氮气，火星那稀薄的大气层中的气体比例与此相类似。那为什么我们地球的大气层是主要由氮气构成的呢？

事实上，情况并非总是如此。就像大多数行星一样，地球最早的大气主要是氢和氦组成。这两种元素是目前宇宙中最为丰富的，恒星的最主要成分就是氢，其次是氦。在宇宙大爆炸所产生的原子之中，有大约92%是氢，其余的大部分是氦。而元素周期表中的所有其他元素都是通过诸如在恒星中心进行核聚变等天体物理过程中形成的。时至今日，这些天体物理过程只形成了很少量的宇宙元素。

整个太阳系都是诞生自同一片太阳星云

因为恒星与行星都是形成自同一片星云，所以当行星最初形成之时，其成分主要是氢和氦。一些氢会与其他元素成键，但大多数仍然是游离的氢。氢和氦都是轻元素，所以它们会倾向于挥发进入太空。诸如木星等气态巨行星有着足够的引力来束缚住大部分的氢和氦，这就是为什么这些元素主导了气态巨行星的大气层。但是地球的引力不够强大，所以地球早期大气层中的氦和游离氢挥发进入太空。

在剩下的元素中，碳、氮、氧是最丰富的。这是基于这样的事实：在大型恒星中的主要核聚变反应是碳氮氧循环，作为副产物产生了碳氮氧这些元素。这些元素很容易与其他元素发生反应，并产生诸如水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氨（NH3）等气体。年轻地球的地质活动要比今天活跃得多，而火山活动释放出了大量的这些气体，然后随着时间的推移，它们主宰了地球的大气层。

那为什么金星和火星的大气层主要是由二氧化碳组成，而地球的则不是呢？所有的这一切都要归结于水。地球的火山活动驱使地球大气层变成金星和火星那样被二氧化碳主导，但地球也拥有大量液态水的海洋。二氧化碳易溶于水之中，所以我们的海洋吸收了大气中的二氧化碳，留下一个主要由氨组成的大气。

结果是，氨在地球大气层中不稳定。当被来自太阳的紫外线照射时，氨就会分解成氮和氢。然后，游离出的氢挥发进入太空，留下了就是氮。金星的大气层也可能遵循了类似的过程，但是没有广阔的海洋来把二氧化碳从大气中吸收出来。

即使拥有广阔的海洋，地球大气层也可能会被二氧化碳主宰而不适于生命的存在，这里还需要有关键的因素。早期的蓝藻细菌能使用阳光和溶解于地球海洋中的二氧化碳溶解来产生能量，然后氧气作为副产物被释放出。早期氧气与铁结合形成一层铁锈，但最终开始构成地球大气层的主要成分之一。蓝藻细菌消耗了二氧化碳，这样能使更多的二氧化碳溶解到海洋之中。因此，这些过程导致了地球现如今的大气主要是由氮气和氧气组成。

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