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发信人: yanyanyan (风), 信区: Physics
标  题: ３４　供我们呼吸的空气是从哪里来的？
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年02月20日09:33:19 星期二), 站内信件


３４　供我们呼吸的空气是从哪里来的？

　　据天文学家推测，行星是由一些巨大的气体和尘埃旋转
形成的，而构成这些气尘云的各种元素，其比例一般等于它
们在宇宙中通常占有的百分比。行星中约有百分之九十的原
子是氢，还有百分之九是氦，剩下的则包括其他所有元素
——主要是氖、氧、碳、氮、氩、硫、硅、镁、铁和铝。
　　地球的固态球体本身是各种岩石的混合物，由通过化学
力结合成紧密分子的镁、铁、铝的硅酸盐和硫化物所组成。
多余的铁则慢慢地沉到岩层下面，形成炽热的金属核心。
　　当地球的这些固体成分聚拢在一起时，也会捕集到一些
气态物质，这些气体会存在于固体微粒之间，或者与固体形
成松散的化学结合。这些气体中有氮、氖、氩的原子——它
们不与其他元素化合。此外还有氢原子。氢或自己成对地结
合成氢分子（Ｈ２），或与其他原子化合。它能与氧化合生
成水（Ｈ２Ｏ），与氮化合生成氨（ＮＨ３），或与碳化合
生成甲烷（ＣＨ４）。
　　随着构成地球的物质的不断堆积，压力就会越来越大，
火山喷发也会越来越猛烈，这些气体就会被挤压出来。氢、
氦和氖的分子由于太轻，地球留不住，就迅速地逃逸掉了。
剩下来的就组成了大气。它们是水蒸汽、氨、甲烷，再加上
一点儿氖。水蒸汽的大部分（不是全部）冷凝下来，就形成
了海洋。
　　木星和土星等行星所具有的也是这种大气，不过，由于
它们的质量相当大，能够把氢、氦和氖保留下来。
　　但是，内行星的大气层已开始进入化学进化阶段了。来
自离得很近的太阳的紫外线，把水蒸汽的分子破坏成氢和氧
的分子。氢逃逸掉了，而氧却留了下来。它们越聚越多，并
且与氨和甲烷发生化合。氧与氨化合时，生成氮和水；氧与
甲烷化合时，生成二氧化碳和水。渐渐地，内行星大气层的
成分就从氨加甲烷变成了氮加二氧化碳。今天，火星和金星
仍然具有这种氮加二氧化碳的大气层、地球在几十亿年前开
始出现生命的时候，一定也是有这种大气层的。
　　而且，这种大气是稳定的。它一旦形成，总有一部分当
紫外线分解水蒸汽时生成的自由氧（其分子式为Ｏ２，由两
个氧原子组成）积聚起来。紫外线还会进一步把这种氧变为
臭氧（其分子式为Ｏ３，由三个氧原子组成）。臭氧会吸收
紫外线，并把它截住，使它几乎不能穿过臭氧层进入上层大
气层去分解下层的水分子，因此，大气层的化学进化即告终
止——直到后来又出现了新情况时为止。
　　在地球上，这种新情况已经出现过了。在偶然的情况下，
有一些生命萌发了，它们能利用可见光来分解水分子。臭氧
层并不阻挡可见光的通过，因此，上述过程（即光合作用）
会无限地进行下去。在光合作用下，二氧化碳被吸收，而氧
气则被释放出来。这大概是五亿年前开始的。从那时候起，
大气层就被转变为今天这种氮气加氧气的结构。

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