大氣是從哪里來的？

大家都知道，地球已經有大約46年的歷史了。至少從35億年以前，生命就開始出現了。但是，在地球剛剛形成的時候，其實并沒有大氣。那么，這些大氣是從哪里來的呢?答案是從地下冒出來的，是火山噴發的結果。直到今天，地球上的火山仍在不斷活動之中，但在地質歷史上的某些時期，地球上的火山活動要比今天猛烈得多。那么，火山活動都噴發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，過去的火山活動與現在的火山活動，所噴出來的氣體在成分上應該是大體一樣的。但是，如果把這些火山氣體與現在的大氣一比較，立刻就會發現一個非常重要的區別，即在火山噴發出來的氣體中，并沒有氧氣。

原來，火山氣體從高溫高壓的地底下噴發出來后，必然會發生物理和化學上的急劇變化。例如，水蒸氣冷卻以后，就會凝結成水，匯集成了大洋；大部分氫氣因為比重小而上升，終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生化學作用，變成了含碳礦物和巖石。但是，所有這些變化，都不可能生產出為生物所必需的氧氣。那么，空氣中的氧氣又是從哪里來的呢?

事實上，地球形成以后，在最初的幾百萬年里，大氣中是沒有氧氣的。這有幾個很明顯的證據：第一，最早的物質很少氧化。例如，沉積在古老地層的加拿大盲河地區的鈾礦，在地下時保存完好，一旦暴露在現在的大氣里，立刻就會被氧化。第二，在自然界中，沒有任何已知的氧氣來源存在。第三，對古生物的研究表明，地球上最初的生命，是在沒有氧氣的環境中演化出來的。

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

2H₂O＋紫外線＝2H₂＋O₂

但是，這種理論有一個缺陷，因為在這種光化分解的過程中，必然產生大量的氫氣，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源。

另外一種理論認為，氧氣可能正是來自于生命本身，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，產生了碳氫化合物和氧氣，公式如下：

6CO₂＋6H₂O=C₆H₁₂O₆＋6O₂

科學家分析的結果表明，大氣層中的氧氣，有99％是由光合作用產生的，只有1％是由光解作用產生的。但是，這又產生了另外一個問題。如上所述，是電離層中的氧和平流層中的臭氧，把太陽輻射來的紫外線的絕大部分反射回了太空。如果大氣中根本就沒有氧氣，太陽的紫外線就會直射地面，可以殺死所有的細胞，那么地球上最初的生命又是怎樣生存下去的呢?對此，科學家們解釋說，最初生物都是生活在水里的，因而有效地避開了紫外線的照射。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進行光合作用。由此可見，地球上最初的生命，生存環境是非常嚴酷的，因為沒有氧氣，太陽紫外線可以一直照射到水下10米。由此可以猜測，那時的生物，可能就是生活在這個深度以下，由于光的照射量很少，光合作用也很微弱，產生的氧氣也很少。后來，隨著時間的推移，大氣中積累氧氣的濃度愈來愈大，照射到地面的紫外線也就愈來愈少。于是水里的生物也就漸漸上升，接受的陽光電就愈來愈多，產生的氧氣也就愈來愈多，后來終于浮上了水面，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，終于達到了現在的濃度。這就是地球大氣從還原性大氣轉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，地球像是一個偉大的母親，用了大約10億年的時間，積累起了足夠的大氣，凝結成了大量的水分，沖刷出了江河，匯聚成了海洋，為生命這個嬰兒的誕生，奠定了豐厚的基礎，創造了優越的條件。

責任編輯 蒲 暉