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地球的大气由许多气体组成，包括氮气、氧气、氩气、二氧化碳和其他几种微量气体，如氙气、甲烷、氪气、氢气和水蒸气。按照体积分数来算，那么78.08%的大气是由氮气构成的。显然，氮气是地球大气中最丰富的气体。相比之下，太阳系其他行星上的大气成分与我们是不一样的。 另一方面，氧气是地球生命必不可少的关键因素之一，它是地球大气中第二丰富的气体，其体积占大气的近20.95%。如果仔细想想，这是不是有点奇怪？地球上的生命几乎都进化成适应大气中第二丰富的气体，而不是最丰富的气体。这背后的原因是什么？ 在回答这个问题之前，先来了解一下氮气。 氮气很稳定氮气的电子式 氮气很稳定，这意味着氮气不会很容易地与其他物质发生反应。这是因为一个氮气分子中的两个氮原子形成了共价三键，这种化学键非常稳定，很难被打断而发生化学反应。正因为如此，氮气通常被用于其他反应的保护气体。对于稳定的氮气，只有闪电或者是特定的固氮细菌才能够打断氮氮三键。 另一方面，与氮气相比，氧气非常活泼，它可以参与许多生物化学过程以支持地球上的生命。这就是为什么氧气自然而然成为生命的支持者，虽然它不是地球上最丰富的气体。不过，并非所有的地球生命都依赖于氧气。 大氧化事件几十亿年前，地球并不是现在的样子，至少当时大气中的气体种类与现在相比很不一样。那时没有昆虫，没有动物，甚至连植物都没有。在那些日子里，绝大部分的生命都是微生物，比如细菌，它们都被限制在海洋中。在那个时期生长的细菌是无氧的，这意味着它们在不使用氧气的情况下进行新陈代谢。 蓝藻细菌 然而，后来发生了一次大爆发，地球上一切生命都改变了。地球上大规模出现蓝藻细菌，或者叫蓝绿藻，它们把太阳光转化为能量，并释放氧气。更具体地说，它们可以进行光合作用。 那时候，地球大气中没有像今天这样拥有含量很高的氧气。地球所拥有的一点氧气要么与矿物质结合，要么被锁在水分子里。随着蓝藻的大量繁殖，地球上的氧气供应呈指数增长。对绝大多数厌氧细菌来说，氧气是有毒的，所以由于大气中氧气猛增而开始大规模死亡。这就是大氧化事件，发生在大约25亿年前的太古代末期。 结束于25亿年前的太古代地球想象图 大氧化事件之后，大量的厌氧微生物死亡，而氧气很快就在大气中开始积聚。此时，其他更复杂的生命形式开始进化，从而使氧气成为生命的“燃料”。 因此，提问“氮气含量那么多，为什么我们没有进化为使用氮气而是氧气？”就像问“海水那么多，为什么我们开发的汽车不是用海水而是汽油？”就像海水不能使汽车运行一样，我们不能依靠氮气生存，因为我们的身体不是这么“设计”的。 |
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