地球上空气的源头

地球上空气的源头

空气、阳光和水被称为地球上生命的三大要素。然而在其中，对人类来说最最重要的当属空气。在没有阳光的地方，人可以活很久，在没有水的情况下也能生存5～10天。可是人如果没有空气，生命在几分钟内就会失去。

实际上，我们呼吸的空气只是其中那部分氧气。生命活动的根本是氧气，它从呼吸道进入人体内，通过血氧交换达到全身各部，使得机体组织能够进行正常的新陈代谢以及生理活动。

*空气的组成

空气在远古时代曾被认为是很简单的物质。直到梅猷曾在1699年根据蜡烛燃烧的实验，推断出空气有较为复杂的组成。德国科学家史达尔于1700年提出了一个普遍的化学理论，即“燃素学说”。他认为，在我们周围有一种看不见的存在于可燃物质内的所谓的燃素，比如蜡烛燃烧时燃素逸去，慢慢变小下塌并化为灰烬。据此他认为，燃烧失去燃素现象，即：蜡烛—燃素=灰烬。

然而，自然界变化中有一些现象终究不能用“燃素学说”进行解释，这种学说存在着严重的矛盾。比如“燃素”的存在从未有人人见过；另外，既然金属燃烧后的质量有所增加，那么“燃素”就必然有负的质量，这简直是不可思议的。

直到法国化学家拉瓦锡于1774年提出了燃烧的氧化学说，才将燃素学说否定。在进行铅、汞等金属的燃烧实验过程中，拉瓦锡发现有一部分金属变为有色的粉末，空气在钟罩内体积与原体积相比，减少了1/5，余下的空气不能支持燃烧，动物在其中会窒息。他把剩下的4/5气体叫做氮气（原文意思是不支持生命），在他证明了普利斯特里和舍勒从氧化汞分解制备出来的气体是氧气以后，才将氮和氧确定为空气的组成成分。

空气中的氧气若按体积计算，约占21%；若按重量计算，约占23%。在空气中，氮气的含量最多，按体积计算可占78%，按重量计算可占75.5%。另外，空气中还有水蒸气、二氧化碳、氩、氖等气体。空气在标准状态下，每升重约1.29克，且举例地面越高么，空气越稀薄。

*空气是怎样形成的

空气既然如此重要，那它最初又是怎样形成的呢？

根据天文学家推测，行星的形成源自于一些巨大的气体和尘埃的旋转，而构成这些气尘云的各种元素比例，一般等同于它们通常在宇宙中占有的百分比。在行星中，约有90%的原子都是氢，还有9%是氦，剩下的则包括氖、氧、碳、氮、氩、硫、硅、镁、铁和铝等其他所有元素。

地球的固态球体本身就是各种岩石的混合物，其组成成分是通过化学力结合成紧密分子的镁、铁、铝的硅酸盐以及硫化物等。多余的铁会慢慢沉到岩层以下，形成炽热的金属核心。当地球上的这些固体成分汇聚于一起时，也会捕捉到一些气态物质，这些气体往往会在固体微粒之间存在，或和固体形成松散的化学结合。这些气体中有不会与其他元素化合的氮、氖、氩的原子，此外还存氢原子，氢可以与自身结合成氢分子（H2），也可与其他原子化合，比如与氧化合生成水（H2O），与氮化合生成氨（NH3），或与碳化合生成甲烷（CH4）。

地球的压力随着构成地球物质的不断堆积会越来越大，火山的喷发也会愈发猛烈。此时，这些气体就会被挤压出来。而氢、氦和氖的分子由于太轻，不能被地球留住而得以迅速地逃逸掉。剩下来的气体，如水蒸汽、氨、甲烷等，还有一点儿氖，就组成了大气。水蒸汽的大部分（不是全部）冷凝下来，就形成了地球上的海洋。

行星诸如木星和土星等也具有这种大气，只不过由于它们具有相当大的质量，所以能把氢、氦和氖等都保留下来。但是，内行星的大气层已经开始进入化学进化阶段了，来自距离很近太阳紫外线，就会把水蒸汽的分子破坏成氢和氧的分子。氢逃逸掉了，氧就留了下来并越聚越多，与氨和甲烷发生化合。氧与氨化合时，生成的是氮和水；氧与甲烷化合时，生成的是二氧化碳和水。内行星大气层的成分久而久之就从氨和甲烷变成了氮和二氧化碳。今天，火星和金星仍具有这种氮和二氧化碳的大气层，据此推测，在几十亿年前，地球开始有生命出现之时，这种大气层一定也存在。

相对来说，这种大气很稳定，一旦它形成，总有聚集起一部分当紫外线分解水蒸汽时生成的自由氧（其分子成为O2）。而且，这种氧还会被紫外线进一步变为臭氧（其分子式为O3）。臭氧将紫外线吸收并截住，使它几乎不能穿过臭氧层进入上层大气层去分解下层的水分子。因此，大气层的化学进化就逐渐终止了，直到后来又有新情况出现为止。

这种新情况在地球上已经出现过了。有一些生命在在偶然情况下得以萌发，它们可以利用可见光来对水分子进行分解。而臭氧层对可见光的通过并不阻挡，因此上述过程（即光合作用）就会无限地进行下去。在光合作用下，二氧化碳被吸收，氧气得以释放，这大概始于5亿年前。从那时起，大气层就被转变为今天这种氮气加氧气的结构了。