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氮氣占空氣含量78%,為什麼生命進化至今,是呼吸氧氣而不是氮氣?
2023/04/09

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根據科學家的研究得出,我們的地球其實就是太陽系中的一顆行星,在太陽系中一共有八大行星,不過地球是唯一一顆誕生了生命的星球,科學家認為,地球能夠誕生生命,主要是因為地球滿足了生命誕生的基本條件,而且地球處于太陽系的宜居地帶,所以地球才能夠誕生生命,因為地球處于太陽系的宜居地帶,所以地球上面擁有適宜的溫度,看到這里,可能很多朋友會產生一個疑問,就是為什麼金星和火星同樣處于太陽系的宜居地帶,但是這兩顆星球卻沒有誕生生命?根據科學家的研究發現,金星大氣層中二氧化碳的含量高達百分之96,可以說它的大氣層就是一個二氧化碳的大氣層,這使得金星的表面溫度非常高。

科學家經過研究發現,金星的表面溫度高達400多攝氏度,在如此高的溫度下,生命根本無法生存,而且金星上面還經常下酸雨,酸雨具有強烈的腐蝕性,在如此惡劣的環境中,生命不會誕生,相對于金星來說,火星的環境要好一些,不過火星最大的問題就是沒有磁場和大氣層,這使得火星變成了現在這樣一顆荒蕪的星球,大氣層對于生命來說非常重要,它能夠抵抗太陽紫外線和宇宙中的輻射,如果沒有大氣層的保護,生命就是直接被太陽紫外線和宇宙輻射照射,這使得生命無法長久的生存下去,而磁場能夠保護大氣層,如果沒有磁場的保護,大氣層就會被太陽風吹散,火星就是因為失去了磁場,所以才沒有厚厚的大氣層。

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雖然它們都處于太陽系的宜居地帶,但是只有地球這顆行星誕生了生命,我們的地球擁有厚厚的大氣層,根據科學家的研究發現,地球大氣層中百分之78是氮氣,百分之21是氧氣,剩下的百分之1是其它氣體,那麼地球大氣中的氮氣是如何產生的呢?根據科學家的研究我們能夠知道,地球中的氮氣含量是氧氣的3.7倍左右,而這些氮氣可能是地球誕生初期形成的,根據科學家的研究得出,太陽系誕生于一片原始星云,在50億年前,這片原始星云發生了引力坍縮,隨著星云的體積不斷縮小,其核心區域的物質越來越密集,溫度和壓力也在不斷的升高,達到一定程度后,核聚變反應產生,太陽就誕生了。

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在此之后,星云中的殘留物質繼續圍繞太陽旋轉,并逐漸形成了太陽系 中各種天體,我們的地球就是其中一個,在宇宙中元素的比例并不是均勻的,其中氫和氦占據了百分之98的品質,而氧、碳、氖、鐵、氮、硫等物質占到了宇宙總品質的百分之2,在太陽系初期的時候,氫元素是占比最高的,排名第二的是氦元素,所以在太陽系內,大部分氣體都是氫元素結合的化合物,其中主要是氨,由于氨氣比較重,所以它能夠被地球的引力捕捉到,這使得地球誕生初期,存在大量的氨氣,在漫長的時間里,太陽光中的短波輻射會不斷的將氨氣分解為氮氣和氫氣,由于氫氣分子量大約是2,地球的引力無法對其束縛。

所以地球早期的氫氣都逃離地球了,而氮氣分子量是28,所以地球能夠吸引住它們,經過漫長的時間,地球上的氮氣就變得越來越多,而地球上的氧氣主要是依靠植物的光合作用產生的,植物在陽光的照射下,利用葉綠素,將空氣中吸收來的二氧化碳和從根部運來的水轉化為淀粉、葡萄糖等有機物,并且釋放出氧氣來,全球綠色植物能夠吸收大量的二氧化碳,并且轉化為氧氣,除此之外,地球早期的氧氣誕生和甲烷菌、藍藻菌也有關系,它們能夠借助太陽的幫助,利用二氧化碳和水生成氧氣和有機物,這相當于是地球上最早的光合作用。

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光合作用的產生改變了地球大氣的結構,不過氧氣的含量過高也不是一件好事情,在距今3億年前的石炭紀時期,地球上氧氣的含量達到了百分之45,相當于現在氧氣含量的一倍多,導致當時地球氧氣過高的原因是當時植物非常茂盛,科學家通過研究發現,當時的昆蟲體積非常巨大,一直蜻蜓能夠長到20厘米,其它的生物更是很大,不過氧氣含量增加,會導致火災頻發的發生,科學家認為,後來地球上發生了生物大滅絕事件,其主要原因就是氧氣含量過高,導致地球火災頻發發生,很多生物都在大火中死亡了,這次生物大滅絕將大量的植物都燒死了。

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植物的數量下降之后,地球上氧氣的含量也開始下降,經過漫長的時間變化,地球環境才變成我們現在看到的樣子,既然現在地球上氮氣的含量占到了百分之78,那麼為什麼地球上的生物不吸收氮氣呢?科學家經過研究得出,從本質上來說,地球生命屬于碳基生命,就決定了地球生命不可能呼吸氮氣,碳原子擁有兩層電子,這種結構能夠對最外層電子有約束力,碳不僅僅能夠將氫、氧、氮、硫等多種非金屬形成共價化合物,它自己和自己也能夠結合,形成單鍵、雙鍵、三鍵等等,這些特性可以讓碳為中心的有機物,形成穩定而無比豐富的碳鏈和碳環。

科學家經過研究發現,地球上所有已知的生命都具備相同基本生化組織和遺傳密碼,并且以同樣的密碼形成同樣的氨基酸,這說明我們地球上所有的生命都是來自于同一個祖先,科學家將這個祖先稱為是LUCA,在地球生物中,占比最高的就是氧,不過氧元素無法以單質的形式存在,水在穩定細胞結構和功能方面的作用遠遠低于碳元素,而碳原子是最穩定的原子,在化學中,組成分子的結構就是原子,而原子之間相互影響需要一種特殊的化學鍵,這種化學鍵就是鉤子,在一般情況下,擁有鉤子的數量越多,它的穩定性就越好,氫原子只有一個鉤子,所以它只能夠鉤住一個原子,而碳原子有四個鉤子,所以它能夠同時鉤住四個原子。

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相比于其它原子來說,碳原子穩定性更好,所以地球生命都是碳基生命,而生命的代謝從生命起源的那一刻就已經開始了,就像生命形成的過程一樣,每一個生命體內部,都會發生無數種反應,大量的有機物合成,也有大量的有機物在分解,形成不斷流動的物質和能量,這其實就是生物的新陳代謝,在幾十億年前,地球上的大氣成分并非如此,當時地球上生命的數量和種類也沒有這麼多,在沒有氧氣的環境下,地球上只有一些細菌和微生物存在,它們不依靠氧氣也能夠生存下去,後來地球上出現了一次生命大爆發,大規模的藍藻細菌將太陽光轉化為能量,并且釋放出氧氣。

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隨著時間的推移,地球上氧氣的含量越來越高,對于很多厭氧菌來說,氧氣是一種毒氣,很多厭氧菌都死亡了,而其它生命開始在地球上誕生,這些誕生以后的生命需要氧氣才能夠生存,根據達爾文的進化論我們能夠知道,地球上的生物都是由簡單生物進化而來的,有最初的單細胞生物進化為多細胞生物,由多細胞生物進化為海洋生物,由海洋生物進化為兩棲生物,由兩棲生物進化為陸地生物,在生物進化的過程中,生物的體型、外貌、樣子等都發生了巨大的變化,但是生物的本質卻沒有發生變化,生物必須依靠氧氣才能夠生存下去。無論生物進化成什麼樣子,基本屬性是不會變的。

除非生物從一開始就選擇了氮氣,否則生物不可能中途改變自己的呼吸系統,對于地球生態環境來說,氮氣非常重要,它是一種無色無味的氣體,難溶解于水,密度比空氣小,在標準大氣壓下,氮氣冷卻至-195.

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8攝氏度時,就會變成沒有顏色的液體,冷卻至-209.86攝氏度時,液態氮就會變成雪狀的固體,在高溫催化條件下,氮氣能夠合成氨氣,而氨氣是重要的化工材料,能夠用于合成纖維、樹脂、橡膠等等,而且它能夠保持水果和蔬菜的新鮮,氮氣不會對食品的色、香、味造成影響,還能夠防止細菌的滋生。從總體上來說,氮氣對于地球環境來說非常重要。

而地球大氣層中百分之78都是氮氣,這些氮氣還能夠抵擋宇宙中的各種輻射和太陽光的紫外線,如果沒有這些氮氣,那麼地球生命也不可能長久的生存下去,不過隨著人類科技的進步,現在人類已經對地球生態環境造成了一定的影響,目前地球溫度持續升高,全球溫室效應嚴重,科學家認為,如果長久的發展下去,地球生態環境可能不再適合人類生存,從人類進入工業革命之后,人類排放了大量的二氧化碳和工業廢水,這些二氧化碳彌漫在空氣中,使得地球吸收到的太陽光熱量無法及時的釋放出去。

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從而間接的導致地球上的溫度變得越來越高,科學家經過研究得出,如果按照這個趨勢發展下去,再過幾百年或者是幾千年,南極和北極的冰川就會全部融化。

到時候海平面至少會上升70米左右,所有的沿海城市都會被淹沒,而且北極冰川融化以后,會加速南極冰川融化的速度,為什麼這麼說呢?科學家經過研究發現,北極的冰川大多都是白色的,白色的冰川能夠反射太陽光的熱量,這使得地球上的溫度并不會太高,但是如果北極冰川全部融化以后,地球吸收到的太陽光熱量就會變得越來越多,從而導致地球溫度再次升高,這會間接導致南極冰川融化的速度,所以冰川融化、全球變暖是一系列生態反應,其中一個環節出現問題,整個生態環境都會出現問題,這就和地球生物進化是一樣的,如果在25億年前,地球上沒有出現大量的藻類生物,那麼地球上的氧氣可能也不會這麼高。

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氧氣如果沒有這麼高的話,那麼厭氧菌就能夠長久的生存和發展下去,經過漫長的時間進化,厭氧菌或許能夠進化為其它的生命種類,但是藻類生物的出現, 徹底改變了地球整個生物鏈,大量的碳基生命出現,需要的氧氣含量也就越來越多,而植物能夠吸收二氧化碳并且釋放出氧氣來,所以最終地球上所有的生物都必須依靠氧氣才能夠生存,如果沒有氧氣,地球上的生物幾乎都會滅絕,這就是連鎖反應,如果人類不趕緊改變地球環境,那麼最終人類也可能會因為地球環境惡劣而滅絕,對于地球來說,人類其實就是地球上的一種生物,如果人類消失以后,再過幾千萬年或者是幾億年,地球上可能還會重新進化出智慧生命來。

但是對于人類來說,地球就是我們賴以生存的家園,如果地球環境破壞,那麼地球上的生物也會死亡,所以保護地球環境就是保護我們自己,人類作為地球上最有智慧的生命,在短短幾千年的時間內能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度很快,不過在人類發展科技的同時也要保護好地球環境,因為只有這樣,人類文明才能夠長久的在地球上生存下去!

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