地球是一個有著美麗生態的巖質行星,不僅有數百萬種生命存在,更是有著智慧生命人類的存在。地球能夠誕生生命,演化出人類,跟地球大氣層有著密切的關係。
大氣層的存在可以有效保護地球表面的環境免受宇宙輻射的巨大影響,而地球大氣的組成對於生命的演化起到了重要的作用。
可能在一些朋友看來,地球表面的動物包括人類,呼吸都需要氧氣,認為地球大氣中,氧氣的含量是最高的。可事實上,在地球大氣的組成中,氧氣僅佔到21%,更多的還是氮氣,佔到了78%,含量是氧氣的3.7倍。
看到這裡,很多朋友好奇:如此多的氮是如何來的?要追尋地球大氣中,大量氮氣的來源,我們就需要對宇宙的物質組成以及太陽系的形成有一個初步的瞭解。
相信很多朋友都知道,根據現在的科學理論,宇宙起源於大爆炸,大爆炸之後,各種物質也在不斷演化出現,而宇宙物質的組成比例是很不均勻的,差距非常大,其中氫元素佔到了75%,氦元素佔到了23%。
氫和氦加起來佔比達到了98,剩下的2%中,氧、碳、氖、鐵、氮、矽、鎂、硫又佔據了絕大多數。由此可見,氮這種元素在宇宙中的含量本身就不低,而恆星系起源於星雲,宇宙中的每一片星雲中,各種元素的比例基本是差不多的。
太陽系起源於46億年前的一片太陽星雲,在這片太陽星雲中,除了氫和氦之外,氮氣的比例也是非常高的,這就為地球擁有大量的氮氣打下了良好的物質基礎。
在太陽星雲中,氫氣佔據著絕對的優勢,佔比高達75%,其次是氦元素,佔到了25%,只不過,氦屬於惰性氣體,又有一些特殊,它可以與氫元素結合成化合物,主要是氨。
氨氣較重,地球的引力可以將其束縛住,儲存在大氣層中,所以,早期的地球大氣中,氨的含量是非常高的。太陽輻射照射到大氣層中,會不斷分解氨氣,產生大量的氮氣和氫氣。
氫氣的比重較小,地球引力無法將其束縛住,於是大量的氫氣脫離大氣層進入了太空中,保留下了氮氣。隨著時間的推移,地球大氣層中的氮氣含量也就不斷提高,達到了後來的78%。
那麼太陽系的其他行星大氣中,氮氣是否也佔據著主要的比例?行星可分為氣態行星和巖質行星,太陽系八大行星中,木星、土星、天王星和海王星都是氣態行星,而在氣態行星中,引力要遠大於巖質行星,可以束縛住氫氣和氮氣。
所以,氣態行星中,主要的成分是氫和氮,其中氫氣的比例要大於氮氣。除了四顆氣態行星外,水星,金星,地球和火星屬於巖質行星,其中水星由於距離太陽比較近,是沒有大氣層的,而火星的大氣比較稀薄,主要成分是二氧化碳。
金星跟地球在質量,體積等結構上是非常接近的,科學家也稱二者為姐妹行星,雖然金星跟地球非常相似,但是在大氣組成上卻有著很大的區別,根據探測發現,金星大氣中,二氧化碳的佔比高達95%以上,氮氣反而較小。
那麼金星大氣中的氮氣含量比地球少嗎?雖然金星大氣中,95%都是二氧化碳,但並不意味著氮氣含量就比地球少。事實上,金星的大氣層遠比地球大氣層要厚得多,表面的大氣層是地球大氣壓的92倍,如此厚重的大氣層導致金星大氣的氮氣含量也要大於地球大氣的氮氣含量。
金星大氣中的氮氣主要也是來源於太陽輻射對氨氣的分解。透過對比,我們可以發現,四顆巖質行星中,除了水星沒有大氣層,其他三顆擁有大氣層的行星中,只有地球大氣的氮氣含量佔比排第一位,另外兩顆行星大氣,主要成分則是二氧化碳。
可能有朋友會問了:這是為什麼呢?地球就如此特殊嗎?站在生命的角度來看,地球的確是非常特殊的,地球大氣的這種組成比例,或許也是生命星球特有的一種結構。
事實上,金星和火星大氣中,二氧化碳佔比達到第一也是可以理解的,我們都知道,巖質行星的內部都是流動的岩漿,表面的火山是比較多的,地質運動會引發火山噴發,大量的火山灰,二氧化碳會從火山口噴發出來,增加大氣二氧化碳的含量。
金星大氣中二氧化碳的含量之所以那麼高,主要也是因為金星的火山特別多,而且還都處於活躍狀態,大量持續的火山噴發釋放出了大量的二氧化碳,讓金星的溫室效應越來越嚴重,一步步發展到現在的狀況。
那麼地球的火山噴發難道就少?事實上,地球的火山也是非常多的,在地球的46億年曆史上,也曾多次發生過大規模的火山噴發,只不過,地球在40億年前非常幸運地出現了生命,尤其是藍藻的出現,更是大量吸收大氣中的二氧化碳,釋放出更多的氧氣,一步步改變了地球大氣的成分比例。
如果沒有植物的出現,地球大氣也不會有氮氣為主導,不會有21%的氧氣存在,更多的也將是二氧化碳為主。太陽系四顆巖質行星中,地球成為了生命星球,大氣的結構比例也與其他三顆不同,這種情況是個例還是宇宙中生命星球的普遍狀態,目前我們還不知道。
正是因為看到了地球的特殊,所以,科學家在尋找生命星球的時候,主要的參考標準也是以地球為模板。如果我們在宇宙中發現某顆行星的大氣跟地球的大氣成分,比例非常相似,意味著這顆行星存在生命的可能性也會非常高。