大氣是從哪里來(lái)的？

大家都知道，地球已經(jīng)有大約46年的歷史了。至少?gòu)?5億年以前，生命就開(kāi)始出現(xiàn)了。但是，在地球剛剛形成的時(shí)候，其實(shí)并沒(méi)有大氣。那么，這些大氣是從哪里來(lái)的呢?答案是從地下冒出來(lái)的，是火山噴發(fā)的結(jié)果。直到今天，地球上的火山仍在不斷活動(dòng)之中，但在地質(zhì)歷史上的某些時(shí)期，地球上的火山活動(dòng)要比今天猛烈得多。那么，火山活動(dòng)都噴發(fā)出一些什么樣的氣體呢?就以夏威夷火山為例，其火山氣體的成分是：水分占79.31％，二氧化碳占11.61％，二氧化硫占6.48％，氮占1.29％。

可以猜測(cè)，過(guò)去的火山活動(dòng)與現(xiàn)在的火山活動(dòng)，所噴出來(lái)的氣體在成分上應(yīng)該是大體一樣的。但是，如果把這些火山氣體與現(xiàn)在的大氣一比較，立刻就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常重要的區(qū)別，即在火山噴發(fā)出來(lái)的氣體中，并沒(méi)有氧氣。

原來(lái)，火山氣體從高溫高壓的地底下噴發(fā)出來(lái)后，必然會(huì)發(fā)生物理和化學(xué)上的急劇變化。例如，水蒸氣冷卻以后，就會(huì)凝結(jié)成水，匯集成了大洋；大部分氫氣因?yàn)楸戎匦《仙K于掙脫了地球的引力而散向了太空；二氧化碳則與地表的其他礦物發(fā)生化學(xué)作用，變成了含碳礦物和巖石。但是，所有這些變化，都不可能生產(chǎn)出為生物所必需的氧氣。那么，空氣中的氧氣又是從哪里來(lái)的呢?

事實(shí)上，地球形成以后，在最初的幾百萬(wàn)年里，大氣中是沒(méi)有氧氣的。這有幾個(gè)很明顯的證據(jù)：第一，最早的物質(zhì)很少氧化。例如，沉積在古老地層的加拿大盲河地區(qū)的鈾礦，在地下時(shí)保存完好，一旦暴露在現(xiàn)在的大氣里，立刻就會(huì)被氧化。第二，在自然界中，沒(méi)有任何已知的氧氣來(lái)源存在。第三，對(duì)古生物的研究表明，地球上最初的生命，是在沒(méi)有氧氣的環(huán)境中演化出來(lái)的。

那么，后來(lái)的氧氣到底是怎樣產(chǎn)生出來(lái)的呢?有兩種理論對(duì)此做出了解釋：一種理論認(rèn)為，大自然中的水，是最大量也是最現(xiàn)成的含氧物質(zhì)。在強(qiáng)烈的紫外線的照射下，大氣中的水然氣就有可能發(fā)生光化分解，產(chǎn)生出大量的氫氣和氧氣，公式如下：

2H₂O＋紫外線＝2H₂＋O₂

但是，這種理論有一個(gè)缺陷，因?yàn)樵谶@種光化分解的過(guò)程中，必然產(chǎn)生大量的氫氣，而要使這么多氫氣都掙脫地球的引力而跑到太空里去，顯然是不可能的。因此，這種光化作用即使存在，也不可能是氧氣的主要來(lái)源。

另外一種理論認(rèn)為，氧氣可能正是來(lái)自于生命本身，正是由于光合作用所造成的。在光合作用中，二氧化碳和水化合，產(chǎn)生了碳?xì)浠衔锖脱鯕猓饺缦拢?/p>

6CO₂＋6H₂O=C₆H₁₂O₆＋6O₂

科學(xué)家分析的結(jié)果表明，大氣層中的氧氣，有99％是由光合作用產(chǎn)生的，只有1％是由光解作用產(chǎn)生的。但是，這又產(chǎn)生了另外一個(gè)問(wèn)題。如上所述，是電離層中的氧和平流層中的臭氧，把太陽(yáng)輻射來(lái)的紫外線的絕大部分反射回了太空。如果大氣中根本就沒(méi)有氧氣，太陽(yáng)的紫外線就會(huì)直射地面，可以殺死所有的細(xì)胞，那么地球上最初的生命又是怎樣生存下去的呢?對(duì)此，科學(xué)家們解釋說(shuō)，最初生物都是生活在水里的，因而有效地避開(kāi)了紫外線的照射。但是，它們又不可能完全生活在黑暗之中，還需要一定的光線來(lái)進(jìn)行光合作用。由此可見(jiàn)，地球上最初的生命，生存環(huán)境是非常嚴(yán)酷的，因?yàn)闆](méi)有氧氣，太陽(yáng)紫外線可以一直照射到水下10米。由此可以猜測(cè)，那時(shí)的生物，可能就是生活在這個(gè)深度以下，由于光的照射量很少，光合作用也很微弱，產(chǎn)生的氧氣也很少。后來(lái)，隨著時(shí)間的推移，大氣中積累氧氣的濃度愈來(lái)愈大，照射到地面的紫外線也就愈來(lái)愈少。于是水里的生物也就漸漸上升，接受的陽(yáng)光電就愈來(lái)愈多，產(chǎn)生的氧氣也就愈來(lái)愈多，后來(lái)終于浮上了水面，并且爬上了陸地，使大地披上了綠色。最后，大氣中的氧氣愈積愈多，終于達(dá)到了現(xiàn)在的濃度。這就是地球大氣從還原性大氣轉(zhuǎn)換成氧化性大氣的歷史。正因如此，我們才有了今天這樣可以自由呼吸的空氣。

就這樣，地球像是一個(gè)偉大的母親，用了大約10億年的時(shí)間，積累起了足夠的大氣，凝結(jié)成了大量的水分，沖刷出了江河，匯聚成了海洋，為生命這個(gè)嬰兒的誕生，奠定了豐厚的基礎(chǔ)，創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。

責(zé)任編輯 蒲 暉