地球上這么多氮氣會不會是史前文明“核戰”的結果

文｜魯 超

什么是地球上的史前文明？

一些科學家根據考古發現和文獻研究，提出了“史前文明”的假設。有的學者認為人類發展是周期性的，不同時期的地球上存在著不同的文明。

地球上氮氣很多嗎？

地球空氣中氮氣的體積占比高達78%，是太陽系大行星中氮氣體積占比最高的，其他大行星的大氣中都沒有這么高占比的氮氣存在。

地球上的氮氣是史前文明爆發核戰的結果嗎？

氮元素的確來源于核反應：碳氮氧循環。但這種級別的核反應即使在太陽內部都很少發生，而是發生在更大質量的恒星內部。地球上的氮和其他所有元素大多來源于上一代恒星的遺體。如果在地球上靠核反應產生這么多氮，所釋放的能量足以讓地球原地消失。所以，地球上的氮不可能是地球上的核反應產生的。那為什么地球上的氮氣含量比例這么高呢？原因其實很簡單：剩的。（RNAVision）

▲碳氮氧循環

目前認為恒星的能量來源有兩種過程：

第一種是質子-質子鏈反應，是太陽級別的恒星產生能源的主要過程；

第二種是碳氮氧循環，是質量更大的恒星產生能源的主要過程。

這些恒星中發生的核聚變反應，使構成星體的元素從最初的氫和氦變得更加豐富。

地球上這么多氮氣，是不是史前文明爆發核戰的結果？

這個想法的腦洞有點大，可是很有趣。前面已經解釋，氮氣與地球上的核反應無關，但與“剩下”有關。至于如何剩下，我們來一探究竟。

其實，氮元素在宇宙中真的很稀少。氮元素的數量不僅比元素周期表上與它鄰近的碳、氧少很多，就是和更重的氖、鐵相比，都要少得多，這是我們討論一切的前提。

太陽系初創元素團隊

按照目前的理論，我們的太陽系來自宇宙中第二代恒星爆發后的產物，所以在46億年前太陽系各大行星形成之初，大體上元素組分是一樣的，氫和氦最多，然后是氧、碳、氖、鐵、氮、硅、鎂、硫。然而之后，為什么八大行星所含元素變得各自不同了呢，我們首先需要大致了解一下這幾種元素的化學性質。

氦最慘，不能和其他元素化合，因此最輕。氫就還好，它容易和氧、氮、碳化合，形成水、氨和甲烷。

再看看碳，碳會和氫結合形成甲烷，碳還可以跟氧生成較重的二氧化碳，進而和其他元素生成碳酸鹽。碳酸鹽基本都是固體，一部分可溶于水。碳元素還會搭起長鏈有機物的骨架，分子量大的有機物都不太容易揮發。

氮和碳類似，能夠形成的最簡單的化合物。單質氮氣則比較穩定，是地球上除了惰性氣體之外最穩定的氣體，氮也可以形成硝酸鹽，它們幾乎都能溶于水。

氧的反應活性很強，很容易和各種元素形成氧化物，金屬氧化物大多是固體，非金屬的氧化物一般也比較重，氧還容易形成含氧酸和含氧酸鹽。氖和氦一樣，幾乎沒有任何反應性。

鎂是金屬固體，不容易揮發，而且由于硅酸鎂的熔點超級高，當別的礦物已經處于熔融狀態，密度降低的情況下，它卻仍能保持固體本色，不斷往下沉，終于沉到地幔。所以地球上的鎂元素基本全都得以保留，讓它穩坐地球元素排行榜第4把交椅。

單質硅是固體，其主要的化合物中，只有氟硅烷、氯硅烷和氫硅烷是氣體，這些硅烷的反應活性還很強，很容易生成硅酸鹽或者氟硅酸鹽。此外，硅的氧化物（二氧化硅）是固體，熔點1650℃；而碳化硅是更難熔的固體，熔點大約2700℃；各種各樣的硅酸鹽也是固體，更是超級難熔，只有到了地幔的高溫中才會熔融。

硫是一種親銅元素，容易和各種金屬形成硫化物礦物，也容易和氫形成硫化氫。鐵就不用說了，固體，最重，鐵定沉入星球的最核心了。

說完了行星上各大元素的化學性質，讓我們看看都有哪些因素會影響行星的大氣演變。

1 自然散逸

行星上含量最高的幾種元素鐵、硅、鎂的化合物主要都是固體，因此能牢牢地固定在類地行星上。比如，它們在地球上分別是地核、地幔和地殼里除了氧以外含量最高的元素。而其他元素就比較“輕浮”了，最輕的首先是氦，然后是甲烷和氖，氨和水由于氫鍵的原因，沸點較高，因此能在行星上多留一點兒。也就是說，即使把一顆星球孤零零地放在那兒，大氣也會自動分出輕重高低，輕的就更容易散逸到太空。

太陽系中“冰巨星”的星體元素構成

各種氣體的散逸速度可以大致排序為：氦、甲烷、氖、氮氣、氧氣、二氧化碳、氨和水（這里氨和二氧化碳排序并不確定）。

2 太陽風

太陽在無時無刻地向星際空間中“吹風”，其實這種“風”是帶電粒子。靠近太陽的星球會比較慘，大氣每天受到帶電粒子的沖擊，較輕的元素（主要是氫和氦）就這樣被吹跑了。比如離太陽最近的水星，根本形成不了大氣。

沒有磁場的星球則更慘，比如金星，轉速太慢，形成不了磁場，太空探測器就發現金星的電離層被太陽風吹出一條長長的彗星狀尾巴。地球比較好，有磁場保護，平常可以使大部分帶電粒子偏轉，但太陽風力過強時還是會被“擊穿”，就形成了我們看到的美麗的極光。

火星比水星大，和太陽的距離是水星的4倍，但人們認為太陽風已經剝離了火星原有大氣的1/3，現在留存的火星大氣僅有地球大氣密度的1%。據測定，火星大氣被剝離的速度大約有100克/秒。因此，在靠近太陽的4顆類地行星表面上，很難找到大量的氫和氦，就好像幾個被太陽風剝光氫、氦外衣后的石質裸核。而較遠處的類木行星受太陽風影響極小，因此還能披上厚厚的氫、氦外衣。

由此可見，太陽風實質上加速了行星上輕質元素的自然散逸。

3 引力

沒錯，就是引力。越大的星球“抓住”較輕物質的能力越強。比如質量最大的木星和土星，它們的行星大氣幾乎全由最輕的氫、氦組成，星體中間一層厚厚的金屬氫，最中間是一個相對較小的石質內核。而較輕的天王星、海王星的大氣成分和木星差不多，也主要由氫、氦組成，厚度卻薄了很多，星體內部則是一個由冰、氨和甲烷組成的中間層，所以也被稱為“冰巨星”。

所以說，行星自身引力的實質是阻擋自然散逸的。

太陽系元素團隊現狀

根據以上幾種效應的疊加，我們再逐一過目太陽系的八大行星：

水星，沒啥說的，離太陽最近，行星大氣里能吹走的都被太陽風吹光了，只剩那么少一點兒。

金星，沒有磁場，大氣中的小分子都被太陽風吹光了，連水分子都被紫外線切割成氫氣和氧氣吹走了，只剩下二氧化碳，引起了溫室效應。而金星大氣之所以如此之厚，可以理解為星球表面氣溫失控后，把地殼里的碳酸鹽都“蒸”出二氧化碳來了，于是又加劇了溫室效應，如此往復循環。

地球大氣，該走的走了，不該走的都留下來了，只能用人擇原理來解釋了。你問地球大氣中為什么會有這么多氮氣？首先，地殼里的氮元素含量極低，簡直和鈮、鎵、鋰等稀有元素一樣稀少；其次，雖然說氮元素對生命堪稱營養元素，但是生物圈能吸納多少氮元素呢？從細菌、真菌到植物、動物，氮所參與的循環和氧循環、碳循環相比，規模實在不值一提。所以，地球在行星形成時獲得的氮，基本都穩定而孤獨地留在大氣里了。

火星相對于地球，引力還是稍小了點兒，大氣中的氮氣沒留住，氧氣一部分被吹走，一部分結合成了二氧化碳，還有一部分固化在了氧化鐵表面。

木星、土星等類木行星就更簡單了，越大的星球里面氫、氦的基數越大。就那么多氮元素做分子，就看能留下多少氫、氦做分母了。這樣一看，分母巨大的類木行星堪稱太陽系行星界的驕傲，因為行星形成初期的原始元素它們保存得最完好。

所以，關于“地球上的氮氣是不是來自史前文明核戰”的腦洞，結論就顯而易見了：宇宙中的氮本來就不多，考慮到自然散逸（考慮化學性質，能形成化合物的元素更容易留下）、太陽風（距離太陽遠近、磁場大小等）、引力（行星大小）等影響因素，就看哪些行星的綜合指數更高，哪些就更能留得住、剩得下氮了。