引言

如果說生命生存的源泉是水，那麼空氣則是生命存活的根本。如果離開了水，生命固然會死，但還能苟延殘喘一段時間，比如人類在沒有任何水分攝入的情況下，可以堅持到3天甚至是3天以上。

但是若是沒有了空氣，人類無法補充缺失的氧氣，在體內有氧氣的前提下，普通的人類可以透過憋氣存活1分鐘到3分鐘左右。

目前為止最極限的水下憋氣世界紀錄是24分37秒，但不管如何，這樣的時間也是十分短暫的。當人體徹底缺氧，我們的腦細胞就會在短短几秒內死亡，並且造成腦死亡。

也因此，空氣是生命中至關重要的部分之一，也是科學家們在尋找宜居星球的考慮條件之一，在他們發現了宜居帶的星球以後，就會在這個基礎上研究該星球是否具有大氣。

而且在觀測太陽系的系內天體時，科學家們也會探測其是否擁有大氣層，是否存在空氣等等。

如果將目光放在地球本身，我們卻發現原來生命所需求的氧氣只在大氣佔據了21%的體積分數，最多的氣體是——氮氣。

空氣中的氮氣

1772年，瑞典和蘇格蘭的兩位科學家先後發現了氮的存在，並且1774年和1784年，法國科學家拉瓦錫和英國科學家卡文迪什也分別透過自己的試驗發現了空氣的大致成分。

比如拉瓦錫透過定量試驗，即將少許的汞放在密閉容器內加熱12天，從而發現容器內的空氣體積減少了大概20%左右。

拉瓦錫在後來經過一系列的研究後得出了空氣是由1/5的氧氣和4/5的氮氣——拉瓦錫稱它為窒息空氣，氮氣的拉丁文意思是“不能維持生命”——組成的結論。

在此之後，隨著越來越多的科學家們深入探索研究，我們也發現了空氣中除了氮氣和氧氣以外，還有著其他的成分，目前已經可以精確地測量出空氣到底有什麼。

透過實驗和計算得出的結論，空氣中的氧氣體積為20.95%，氮氣則有著78.09%的含量，二氧化碳佔了0.034%，稀有氣體比二氧化碳稍微多一些，差不多有0.932%，剩下的就是一些水蒸氣和雜質，大概是0.02%。

這樣看來，氮氣足足比氧氣多了3.7倍。

氮氣到底是什麼

氮氣是一種無色無味的氣體，通常被叫做惰性氣體，除了水和酒精以外，基本不會溶於其他絕大多數的液體，不可燃，也沒有毒性。

當氮氣處在標準大氣壓下，溫度下降到-195.8攝氏度的時候，氨氣就能夠成為無色的液態，待溫度低至-209.86攝氏度，它甚至能夠凝結成固體。

然而地球上最低的溫度目前來說只有大概-93.2攝氏度，位於南極地區，就算四捨五入也才-100攝氏度，也就是說氮氣如果要變成液態，在沒有科技的輔助下很難達到，更別說固體了。

同時氨氣有著具有高度化學穩定性的分子結構，一個氮分子由兩個氮原子形成了三鍵，包括兩個並不穩定的π鍵和一個σ鍵，但破壞三鍵所需能量很高，將一個氮分子分解為原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。

並且在化學反應裡，氮分子首先被攻擊，也就是參與反應的是π鍵，畢竟它並不太穩定，但π鍵的能級比σ鍵低，所需要的能量也很大，開啟π鍵較為困難，所以氮氣高度穩定，很難參加化學反應。

再加上氮氣的原子核外電子與核內質子數量相同，結構穩定，很難丟失電子，自然也很難獲得電子。

可這並非是說氮氣就完全不參與反應了，它能在高溫高壓加上催化劑種種條件下同氫氣發生反應，被稱為氨氣，也能在火花放電的情況下與氧氣“生出”一氧化氮。

氮氣本身也是會和較為活潑的金屬發生反應的，但這也是要有溫度的條件，即加熱的情況下。

除了氣體以外，氮氣還會以硝酸鹽的形態出現在地下礦物當中，也會存在於各種複雜的有機分子中，比如蛋白質等等。

在日常生活中，氮氣也經常被人類使用，比如用來製造硝酸鹽、氨等等，比如在將氮氣進行金屬處理，形成惰性材料，用在電燈泡中避免它產生電弧。

同時氮還可以與一些金屬組合成為硬氮化物，製造出更加耐磨的金屬材料，還常常做成液氮保持食品的食用時常，以及作為冷卻劑用在實驗當中等等。

為什麼有這麼多的氮氣？

可能很多人想問，為什麼空氣中的氮氣這麼多呢？這其實要追蹤到很早很早以前的宇宙，當時太陽系還未形成，遠古時期的太陽系只是一片巨大的自轉星雲。

根據現代科技的觀測和研究，我們可以得知宇宙物質大概可以劃分成三種，即暗物質，暗能量以及普通物質。

這些普通物質其實就是我們所能夠觀測到的所有物質，並都是由基本粒子形成，而透過分析，科學家們觀測到宇宙中氫元素在宇宙中的比例大概是75%，第二個是氦元素，大約為25%，這是因為恆星本身就是燃燒氫，形成氦，所以它們作為比例最多的元素並不奇怪。

剩下的元素大概有1%，其中包括氧、碳、氮等等元素。這樣看來，氮在宇宙中並不算是非常多的元素，而且更多的其實是與氫化合成為了氨氣存在。

當原始星雲演變成為了恆星，誕生出太陽，星雲殘留的物質慢慢圍繞著太陽旋轉，在漫長的歲月裡又碰撞凝結成了各大天體。也正是在天體的演變過程當中，因為氮元素本身的形成就很容易，所以太陽系出現了非常多的氮。

在地球不斷形成的時間裡，氮氣也不斷進入其中，與地球一同發展，根據科學家們的研究表明，早期的地球氮氣含量甚至超過了90%，是後來地球幾十億年來的演化，才使得大氣結構變化成現在適合生命生存和繁衍的成分。

宇宙中最多的元素分明是氫氣和氦氣，但是氫元素本身屬於非常活躍的元素，除了稀有氣體，基本上全部的元素都可以與氫“合作”，成為新的化合物。

比如地球上雖然氫氣並不算多，但卻有大量的氫化物。

而氦氣雖然也屬於惰性氣體，但由於氫氣和氦氣質量較輕，很容易就逃逸進入太空，再加上原始地球遭受過太陽高速的太陽風轟擊，所以這兩種氣體在地球上逐漸減少。

碳元素和氧元素也是宇宙中較多的元素，可是碳元素形成的二氧化碳和氧元素形成的氧氣，本身就屬於生物所需的兩種氣體。

在生命誕生以後，地球上就存在了兩種消耗二氧化碳與氧氣的機制，其中一種就是動植物的光合作用和呼吸作用，可以將兩者互相轉化。

第二種則是化學消耗的機制，即氧氣屬於在高溫下非常活潑的氣體，能夠與很多元素進行化學反應，二氧化碳也很容易與液態水發生反應，並形成碳酸鹽，在漫長的時間裡透過地質活動下沉到地下。

氮氣我們一開始也有說過，它本身就高度穩定，難以破壞，並且活性很低，很難與其他物質發生反應。

再加上它的質量比較大，分子量達到了28，比氨氣還要重，幾乎不會上升從地球上逃逸，因此並不難尋找到它為什麼會如此多的原因。

除了早期恆星活動所誕生的氮元素，地球本身也會產出氮氣，比如它可以透過火山爆發等地質活動從地下來到地上，從而彌補極少的逃逸出地球的氮氣。

也正是因為這些原因，氨氣在地球上的含量雖然從最早的90%以上下降到了78%左右，卻一直屬於地球大多數的氣體，沒有任何一種氣體可以取代它的地位。

太陽系的其他行星

如果我們看一下太陽系中的其他行星，卻發現似乎只有地球擁有佔據了大氣層一大半的氮氣。

這其實也是因為類似於木星、土星、天王星、海王星這樣的氣態巨行星，它們的質量都非常大，而引力與質量有著正比的關係，質量越大，引力也就越強，因此它們不像地球一樣“柔弱”，反而能牢牢地將氫氣和氦氣“囚禁”在自己的懷中。

再加上天體重力的影響，質量較重的氣體會下沉，較輕的氣體上浮，所以這類巨行星表面都漂浮著大量的氫氣與氦氣，能吸積到的氨氣數量本來就少。

而氨氣需要被陽光照射，透過短波輻射分解成為氧氣和氮氣，可是在氫氣與氦氣的遮擋下，以及不斷下沉落入了巨行星大氣層的底部，氨氣自然也就無法分解，因此巨行星的氮氣含量非常少。

再看金星，它距離太陽的位置比我們要近，因此金星的大氣盡管有95%都是二氧化碳，看似低於地球，但其實金星的氮氣遠比地球要多，總質量甚至超過了地球氮氣的3倍 ，也正是因為金星可以將氨氣透過太陽光照分解成為氮氣的原因。

結論

雖然氮氣看似對於人類沒有太大的作用，但其實它本身也與蛋白質、氨基酸等等有著重要的關係，要知道在地球的漫長進化過程中，幾乎任何一種物質都是發揮了自己的作用。