我們地球的大氣層是由78%的氮氣、21%的氧氣以及其他諸如水蒸氣和二氧化碳等痕量氣體組成。相對于其他行星的大氣層而言，這是一種比較奇怪的混合。木星和土星主要由氫氣和氦氣組成；金星那厚厚的大氣層中有大約96%為二氧化碳，而只有3%的氮氣，火星那稀薄的大氣層中的氣體比例與此相類似。那為什么我們地球的大氣層是主要由氮氣構(gòu)成的呢？

事實上，情況并非總是如此。就像大多數(shù)行星一樣，地球最早的大氣主要是氫和氦組成。這兩種元素是目前宇宙中最為豐富的，恒星的最主要成分就是氫，其次是氦。在宇宙大爆炸所產(chǎn)生的原子之中，有大約92%是氫，其余的大部分是氦。而元素周期表中的所有其他元素都是通過諸如在恒星中心進(jìn)行核聚變等天體物理過程中形成的。時至今日，這些天體物理過程只形成了很少量的宇宙元素。

整個太陽系都是誕生自同一片太陽星云

因為恒星與行星都是形成自同一片星云，所以當(dāng)行星最初形成之時，其成分主要是氫和氦。一些氫會與其他元素成鍵，但大多數(shù)仍然是游離的氫。氫和氦都是輕元素，所以它們會傾向于揮發(fā)進(jìn)入太空。諸如木星等氣態(tài)巨行星有著足夠的引力來束縛住大部分的氫和氦，這就是為什么這些元素主導(dǎo)了氣態(tài)巨行星的大氣層。但是地球的引力不夠強大，所以地球早期大氣層中的氦和游離氫揮發(fā)進(jìn)入太空。

在剩下的元素中，碳、氮、氧是最豐富的。這是基于這樣的事實：在大型恒星中的主要核聚變反應(yīng)是碳氮氧循環(huán)，作為副產(chǎn)物產(chǎn)生了碳氮氧這些元素。這些元素很容易與其他元素發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生諸如水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氨（NH3）等氣體。年輕地球的地質(zhì)活動要比今天活躍得多，而火山活動釋放出了大量的這些氣體，然后隨著時間的推移，它們主宰了地球的大氣層。

那為什么金星和火星的大氣層主要是由二氧化碳組成，而地球的則不是呢？所有的這一切都要歸結(jié)于水。地球的火山活動驅(qū)使地球大氣層變成金星和火星那樣被二氧化碳主導(dǎo)，但地球也擁有大量液態(tài)水的海洋。二氧化碳易溶于水之中，所以我們的海洋吸收了大氣中的二氧化碳，留下一個主要由氨組成的大氣。

結(jié)果是，氨在地球大氣層中不穩(wěn)定。當(dāng)被來自太陽的紫外線照射時，氨就會分解成氮和氫。然后，游離出的氫揮發(fā)進(jìn)入太空，留下了就是氮。金星的大氣層也可能遵循了類似的過程，但是沒有廣闊的海洋來把二氧化碳從大氣中吸收出來。

即使擁有廣闊的海洋，地球大氣層也可能會被二氧化碳主宰而不適于生命的存在，這里還需要有關(guān)鍵的因素。早期的藍(lán)藻細(xì)菌能使用陽光和溶解于地球海洋中的二氧化碳溶解來產(chǎn)生能量，然后氧氣作為副產(chǎn)物被釋放出。早期氧氣與鐵結(jié)合形成一層鐵銹，但最終開始構(gòu)成地球大氣層的主要成分之一。藍(lán)藻細(xì)菌消耗了二氧化碳，這樣能使更多的二氧化碳溶解到海洋之中。因此，這些過程導(dǎo)致了地球現(xiàn)如今的大氣主要是由氮氣和氧氣組成。

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