地球上氮气含量,大气中为什么氮比氧多

如果说生命生存的源泉是水，那么空气则是生命存活的根本。如果离开了水，生命固然会死，但还能苟延残喘一段时间，比如人类在没有任何水分摄入的情况下，可以坚持到3天甚至是3天以上。

但是若是没有了空气，人类无法补充缺失的氧气，在体内有氧气的前提下，普通的人类可以通过憋气存活1分钟到3分钟左右。

目前为止最极限的水下憋气世界纪录是24分37秒，但不管如何，这样的时间也是十分短暂的。当人体彻底缺氧，我们的脑细胞就会在短短几秒内死亡，并且造成脑死亡。

也因此，空气是生命中至关重要的部分之一，也是科学家们在寻找宜居星球的考虑条件之一，在他们发现了宜居带的星球以后，就会在这个基础上研究该星球是否具有大气。

而且在观测太阳系的系内天体时，科学家们也会探测其是否拥有大气层，是否存在空气等等。

如果将目光放在地球本身，我们却发现原来生命所需求的氧气只在大气占据了21%的体积分数，最多的气体是——氮气。

空气中的氮气

1772年，瑞典和苏格兰的两位科学家先后发现了氮的存在，并且1774年和1784年，法国科学家拉瓦锡和英国科学家卡文迪什也分别通过自己的试验发现了空气的大致成分。

比如拉瓦锡通过定量试验，即将少许的汞放在密闭容器内加热12天，从而发现容器内的空气体积减少了大概20%左右。

拉瓦锡在后来经过一系列的研究后得出了空气是由1/5的氧气和4/5的氮气——拉瓦锡称它为窒息空气，氮气的拉丁文意思是“不能维持生命”——组成的结论。

在此之后，随着越来越多的科学家们深入探索研究，我们也发现了空气中除了氮气和氧气以外，还有着其他的成分，目前已经可以精确地测量出空气到底有什么。

通过实验和计算得出的结论，空气中的氧气体积为20.95%，氮气则有着78.09%的含量，二氧化碳占了0.034%，稀有气体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气和杂质，大概是0.02%。

这样看来，氮气足足比氧气多了3.7倍。

氮气到底是什么

氮气是一种无色无味的气体，通常被叫做惰性气体，除了水和酒精以外，基本不会溶于其他绝大多数的液体，不可燃，也没有毒性。

当氮气处在标准大气压下，温度下降到-195.8摄氏度的时候，氨气就能够成为无色的液态，待温度低至-209.86摄氏度，它甚至能够凝结成固体。

然而地球上最低的温度目前来说只有大概-93.2摄氏度，位于南极地区，就算四舍五入也才-100摄氏度，也就是说氮气如果要变成液态，在没有科技的辅助下很难达到，更别说固体了。

同时氨气有着具有高度化学稳定性的分子结构，一个氮分子由两个氮原子形成了三键，包括两个并不稳定的π键和一个σ键，但破坏三键所需能量很高，将一个氮分子分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。

并且在化学反应里，氮分子首先被攻击，也就是参与反应的是π键，毕竟它并不太稳定，但π键的能级比σ键低，所需要的能量也很大，打开π键较为困难，所以氮气高度稳定，很难参加化学反应。

再加上氮气的原子核外电子与核内质子数量相同，结构稳定，很难丢失电子，自然也很难获得电子。

可这并非是说氮气就完全不参与反应了，它能在高温高压加上催化剂种种条件下同氢气发生反应，被称为氨气，也能在火花放电的情况下与氧气“生出”一氧化氮。

氮气本身也是会和较为活泼的金属发生反应的，但这也是要有温度的条件，即加热的情况下。

除了气体以外，氮气还会以硝酸盐的形态出现在地下矿物当中，也会存在于各种复杂的有机分子中，比如蛋白质等等。

在日常生活中，氮气也经常被人类使用，比如用来制造硝酸盐、氨等等，比如在将氮气进行金属处理，形成惰性材料，用在电灯泡中避免它产生电弧。

同时氮还可以与一些金属组合成为硬氮化物，制造出更加耐磨的金属材料，还常常做成液氮保持食品的食用时常，以及作为冷却剂用在实验当中等等。

可能很多人想问，为什么空气中的氮气这么多呢？这其实要追踪到很早很早以前的宇宙，当时太阳系还未形成，远古时期的太阳系只是一片巨大的自转星云。

根据现代科技的观测和研究，我们可以得知宇宙物质大概可以划分成三种，即暗物质，暗能量以及普通物质。

这些普通物质其实就是我们所能够观测到的所有物质，并都是由基本粒子形成，而通过分析，科学家们观测到宇宙中氢元素在宇宙中的比例大概是75%，第二个是氦元素，大约为25%，这是因为恒星本身就是燃烧氢，形成氦，所以它们作为比例最多的元素并不奇怪。

剩下的元素大概有1%，其中包括氧、碳、氮等等元素。这样看来，氮在宇宙中并不算是非常多的元素，而且更多的其实是与氢化合成为了氨气存在。

当原始星云演变成为了恒星，诞生出太阳，星云残留的物质慢慢围绕着太阳旋转，在漫长的岁月里又碰撞凝结成了各大天体。也正是在天体的演变过程当中，因为氮元素本身的形成就很容易，所以太阳系出现了非常多的氮。

在地球不断形成的时间里，氮气也不断进入其中，与地球一同发展，根据科学家们的研究表明，早期的地球氮气含量甚至超过了90%，是后来地球几十亿年来的演化，才使得大气结构变化成现在适合生命生存和繁衍的成分。

宇宙中最多的元素分明是氢气和氦气，但是氢元素本身属于非常活跃的元素，除了稀有气体，基本上全部的元素都可以与氢“合作”，成为新的化合物。

比如地球上虽然氢气并不算多，但却有大量的氢化物。

而氦气虽然也属于惰性气体，但由于氢气和氦气质量较轻，很容易就逃逸进入太空，再加上原始地球遭受过太阳高速的太阳风轰击，所以这两种气体在地球上逐渐减少。

碳元素和氧元素也是宇宙中较多的元素，可是碳元素形成的二氧化碳和氧元素形成的氧气，本身就属于生物所需的两种气体。

在生命诞生以后，地球上就存在了两种消耗二氧化碳与氧气的机制，其中一种就是动植物的光合作用和呼吸作用，可以将两者互相转化。

第二种则是化学消耗的机制，即氧气属于在高温下非常活泼的气体，能够与很多元素进行化学反应，二氧化碳也很容易与液态水发生反应，并形成碳酸盐，在漫长的时间里通过地质活动下沉到地下。

氮气我们一开始也有说过，它本身就高度稳定，难以破坏，并且活性很低，很难与其他物质发生反应。

再加上它的质量比较大，分子量达到了28，比氨气还要重，几乎不会上升从地球上逃逸，因此并不难寻找到它为什么会如此多的原因。

除了早期恒星活动所诞生的氮元素，地球本身也会产出氮气，比如它可以通过火山爆发等地质活动从地下来到地上，从而弥补极少的逃逸出地球的氮气。

也正是因为这些原因，氨气在地球上的含量虽然从最早的90%以上下降到了78%左右，却一直属于地球大多数的气体，没有任何一种气体可以取代它的地位。

如果我们看一下太阳系中的其他行星，却发现似乎只有地球拥有占据了大气层一大半的氮气。

这其实也是因为类似于木星、土星、天王星、海王星这样的气态巨行星，它们的质量都非常大，而引力与质量有着正比的关系，质量越大，引力也就越强，因此它们不像地球一样“柔弱”，反而能牢牢地将氢气和氦气“囚禁”在自己的怀中。

再加上天体重力的影响，质量较重的气体会下沉，较轻的气体上浮，所以这类巨行星表面都漂浮着大量的氢气与氦气，能吸积到的氨气数量本来就少。

而氨气需要被阳光照射，通过短波辐射分解成为氧气和氮气，可是在氢气与氦气的遮挡下，以及不断下沉落入了巨行星大气层的底部，氨气自然也就无法分解，因此巨行星的氮气含量非常少。

再看金星，它距离太阳的位置比我们要近，因此金星的大气尽管有95%都是二氧化碳，看似低于地球，但其实金星的氮气远比地球要多，总质量甚至超过了地球氮气的3倍 ，也正是因为金星可以将氨气通过太阳光照分解成为氮气的原因。

结论

虽然氮气看似对于人类没有太大的作用，但其实它本身也与蛋白质、氨基酸等等有着重要的关系，要知道在地球的漫长进化过程中，几乎任何一种物质都是发挥了自己的作用。