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如果有人问起，地球大气中的最主要的气体是什么？可能有不少人第一时间想到的答案是氧气，然而实际情况却是，地球大气中的最主要的气体是氮气。测量数据显示，地球大气的氮气含量高达78%，而氧气含量大约只有21%，相比之下，地球大气中的氮气含量大约是氧气的3.7倍。 地球大气中为什么会有这么多的氮气？这些氮气是哪来的？太阳系形成于一片巨大的原始星云，这被称为“太阳星云”，在大约46亿年前，这片星云发生了引力坍缩，随着星云的体积不断缩小，其核心区域的物质越来越密集，温度和压力也随之不断攀升，当达到一定程度的时候，太阳就诞生了。 在此之后，星云中的残留物质继续围绕着太阳旋转，并逐渐形成了太阳系中的各种天体，而我们的地球就是其中之一。 如上图所示，在宇宙中的元素比例是很不均匀的，其中氢和氦占据了大约98%的质量，在其他的2%之中，氧、碳、氖、铁、氮、硅、镁、硫这8种元素又占据了绝大多数，而“太阳星云”中元素比例也基本与之等同，这就意味着，“太阳星云”的氮元素含量其实是比较高的，这也为地球拥有大量的氮气打下了物质基础。 在“太阳星云”中，氢元素所占的比例极高，而排名第二的氦元素又是已知元素中最不活泼的元素，于是“太阳星云”中的氮元素基本上都与氢元素结合成了化合物，其中主要是氨（NH3）。 由于氨气比较重（分子量大约为17），地球的引力足以将其束缚住，因此地球的原始大气中就含有大量的氨气，在接下来的时间里，太阳光中的短波辐射会不断地将氨气分解成氮气和氢气（反应方程式为：“2NH3 = 3H2 + N2”）。 由于氢气的分子量大约为2，地球引力无法对其进行有效的束缚，因此这些氢气会很快从地球大气层顶逃逸，而氮气的分子量大约为28，比氨气还重，因此它们就会留在地球的大气层中，随着这个过程的持续，地球大气中就拥有了大量的氮气，因为氮气是一种惰性气体，所以这些氮气就长久地留存了下来。 在太阳系其他行星的大气中，为什么没有地球这么多的氮气呢？太阳系中的木星、土星、天王星和海王星都是巨行星，它们的引力能够束缚住氢气和氦气，正如前文所言，“太阳星云”中绝大多数元素都是氢和氦，因此这四颗巨行星的大气层都是以氢气和氦气为主，相对而言，它们吸积到的氨气所占的比例是极少的。 由于重力分异的原因（即重的物质下沉，轻的物质上浮），氨气会向这些巨行星的大气层底部下沉，在这种情况下，氨气就无法被太阳光中的短波辐射分解了。 除了地球之外，太阳系中还有三颗岩石行星，其中水星太小，距离太阳又非常近，因此它是没有大气层的，而火星也不大，大气层本来就很稀薄，因此它的大气层中的氮气不多也是可以理解的，剩下的就只有金星了。 金星大气中的氮气含量约为3.5%，相比之下，地球大气的氮气含量却高达78%，看上去似乎地球大气中的氮气比金星还要多，但事实却并非如此。 要知道金星的大气层比地球浓密得多，以至于其表面大气压是地球的大约92倍，只不过金星大气层中有超过95%的气体都是二氧化碳，这才让其大气中的氮气含量看上去很低。 实际上，金星大气中的氮气总质量是地球的3倍多，其实这不难理解，毕竟金星的形成位置离太阳更近一点，因此可以吸积到更多的氮气来源——氨气。 值得一提的是，地球上存在着两种消耗二氧化碳的机制，一种是地球大气中的二氧化碳可以与液态水反应生成碳酸，而碳酸又可以与其他元素（如钙、镁）反应生成碳酸盐，接下来，这些碳酸盐会不断沉淀下来，并在漫长的时间里随着地球的地质运动进入地球内部。 另一种机制就是地球上的植物和藻类的光合作用，它们能够利用太阳光的能量，将二氧化碳转化成氧气和有机物（地球大气中的氧气也是因此而来），在这两种机制的作用下，地球上的二氧化碳就不会像金星那样在大气中堆积。 好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。 |
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