如果你要问,在地球的大气层里,哪种气体是最重要的?很多人的第一反应就是氧,但事实上,氮是地球大气层中最重要的气体。测量结果表明,在地球大气层中,氮含量高达78%,而氧含量仅为21%。
为何地球的大气层中会有如此多的氮?哪里来的氮?
太阳系是由一团名为“太阳星云”的庞大原始星云所组成,它在46亿年前经历了一次重力塌陷,它的内部空间变得更加稠密,内部的温度和气压也在逐渐升高,最终诞生了太阳。
在那以后,星运里的残余物质会持续环绕太阳,并在太阳系内形成各种各样的物体,比如我们的地球。
正如上面所说,宇宙中的元素组成非常不均衡,氢气和氦气的比重约为98%,其余2%则是氧、碳、氖、铁、氮、硅、镁、硫,再加上“太阳星云”的元素比,“太阳星云”中的氮含量要高得多,这就为地球提供了充足的氮资源。
“太阳星云”的氢元素占据了相当大的比重,其次就是氦,这也是目前已知的所有元素中,最不活跃的一种,所以“太阳星云”里的氮基本都会和氢结合,形成一种以氨气为主的化合物。
因为氨浓度较高(分子量约为17),地球的重力就足够把它固定在那里,于是地球的原始大气层中就包含了大量的氨气,而随后的一段时期,太阳的短波辐射会使氨气体变成氮和氢(“2NH3=3H2+N2”)。
由于氢的分子量约为2,地球重力不能有效地束缚住它,于是这些氢便会迅速地从大气层上方逃离,而氮的质量约为28,比氨还要重,因此会停留在大气层中,而在这种环境中,氮是一种不活泼的气体,所以在很长一段时间内都能存在。
为什么我们太阳系的其它星球的大气层里没有地球那么多的氮?
木星,土星,天王星,以及太阳系内的海王星,都是拥有强大的重力,可以将氢、氦结合在一起,就像前面提到的,“太阳星云”的主要成分就是氢和氦,所以四个巨型星球的大气层主要由氢气和氦组成,所以这些气体中的氨含量很低。
因为引力分离(重量较大的物体下沉,重量较轻的物体漂浮),氨气会沉入到这些巨大星球的大气中,这样,在太阳的短波辐射下,氨气就不能被分解。
而在太阳系内,除了地球以外,还有三个由岩石构成的星球,而水星因为体积太小,靠近太阳,所以并没有大气,再加上火星本身的体积并不大,所以其大气中的氮含量并不高,所以也就只能说是金星了。
金星的大气层中大约有3.5%的氮,而在地球大气层中则有78%的氮,看起来就像是地球大气层中的氮含量超过了金星。
要知道,金星的大气层密度远超地球,大气层的压力是地球的92倍。
事实上,金星大气层内的氮含量比地球高出三倍以上,这并不奇怪,因为它靠近太阳,所以它能吸收大量的氮气,也就是氨。
另外,地球上有两种方式消耗二氧化碳,一种是地球大气层中的二氧化碳与液态水发生反应,产生碳酸,而碳酸则与钙、镁等其它元素发生反应,形成碳酸盐。
第二个原因就是地球上的植物和海藻的光合作用,这些生物可以将二氧化碳转换为氧气和有机物质,从而减少了金星在大气层中的二氧化碳。