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人们必须一直呼吸。呼吸是生命的基础。
然而,人类赖以生存的氧气,并不是地球上含量最高的气体,而是氮气。在地球大气中,氮的含量占78%,而氧的含量位居第二,约为21%。我们经常提到的温室气体二氧化碳,实际上在大气中所占的比例很小,地球大气中只有1%是由二氧化碳和氩气等气体组成的。
我们可以看到,氮在地球大气中具有绝对优势,其含量是所有其他气体的三倍。这让我们想知道为什么地球上有这么多氮。要回答这个问题,需要追根溯源,什么是源头。源头是宇宙的开端。构成宇宙中所有物质的基本粒子从宇宙诞生之初就已经出现了,但是在宇宙诞生之初,第一次形成的物质中并没有氮。
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氢和氦与宇宙同生,是两种相对较轻的物质。
这些物质在漫长的岁月里演化成星云,凝聚成恒星。在天体的进一步演化中,恒星产生了一些新元素,氮就是其中之一。像铁这样较重的元素是在大质量恒星的主序列恒星阶段结束后的超新星爆发中产生的。
在元素周期表中,已知的元素有118种,有些很难形成,有些相对容易形成,氮就是其中之一。氮的形成不需要太剧烈的天体活动,普通恒星也能满足氮的形成条件,所以宇宙中氮的含量并不低。宇宙的年龄大约是138亿年,而地球的历史大约是46亿年。地球形成时,宇宙中的氮含量已经很高了。
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在地球形成过程中,涉及到大量的氮,所以可以说地球在形成之初就有很高的氮含量。
事实上,在地球最初形成的时候,氮的含量甚至比现在还要高,甚至可能占到地球大气的90%以上。但是,行星的大气结构并不是一成不变的,特别是对于像地球这样有生命的行星,大气结构的变化会更加明显。
其实原因很简单。植物在光合作用过程中,通过吸收二氧化碳和水,以有机化合物的形式固定碳,最后释放氧气,会增加大气中的氧气含量。同时,不仅植物,海洋也能产生氧气。另一方面,动物活动消耗氧气并产生二氧化碳。总之,这些都会导致大气结构的变化。
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经过很长时间,地球的大气结构发生了一定程度的变化。
氮的比例有所下降,但仍保持在78%的高比例。氧气含量大幅增加,达到21%,此外还有1%的二氧化碳等气体。我们称变化了的地球大气为再生大气,它是相对于地球原始大气而言的。
我们可以看到,即使经过多年的变化,氮的比例有所下降,但仍保持在较高的水平,它始终是地球上最丰富的气体。为什么呢?这是由氮的性质决定的。一切的积累都离不开两个因素,一是开拓新的来源,二是削减成本。那么氮肥如何开源节流呢?事实上,所谓的开源来源于地球本身。地球会产生气体通过火山爆发逸出,大气中的氮气会从地壳中得到补充。
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氮气本身是一种相对稳定的气体。
氮的化学键非常稳定,打破它需要很大的能量。由于活性低,氮通常不与其他物质反应。这就是为什么氮气从地壳逸出后仍能以气体的形式进入大气。
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