她叫楊小颯
宇宙中的所有元素,一開始都是由氫氣聚變而來,所以宇宙中的氧元素當然也來自於恆星的核聚變。45億多年前,地球最初由漂浮在太空裡的塵埃彙集而成,這些塵埃源自於巨大古老的恆星在壽命終止時的大爆炸,這些塵埃是現在地球上幾乎所有的元素的來源。地球上氧元素同樣如此,如岩石的主要成分碳酸鈣,土壤的主要成分二氧化硅等儲存了大量的氧元素。後期植物的光合作用也只是將二氧化碳中的氧元素還原成氧氣釋放出來,而不是真正的製造氧元素。
那大氣層中存在的氧氣又是從何而來?
地球上最早的原始大氣只有極少量的氧氣。氧氣來自太陽紫外線分解水,而水的來源可能是地球剛穩定時期富含水的隕石及小行星。現在大氣中的氧氣來源,植物的光合作用是一個主要來源,這點毫無爭議,但是否有其他來源,目前還沒有定論。一些科學家認為地球上氧氣有三分之一來自植物,三分之二來自地球內部。
俄羅斯的科學家步加托夫經過二十多年的研究,發現氧氣的含量和海水的深度成正比,越靠近海底,氧氣的含量就越高。而且海底的氧氣和大氣中的氧氣同位素種類和含量不同,海底的組成氧氣的同位素是重氧。因此,這位科學家認為,或許海底的大部分氧氣來自於地核。並且用海底氧氣與植物產生的氧氣按2比1混合得到與大氣層中氧氣相同的同位素分佈,於是有了上面提到三分之二的氧氣來源於地球內部的結論。
地球上最古老的生命遺蹟被發現在格陵蘭島的古老岩石中,距今大約38.5億年。35億年前進化出能光合作用的單細胞生物藍藻,以後,氧氣的含量開始增加,生命逐漸向複雜的方向演化。
隨著時間的推移,陸地上也開始出現了植物,在之後的幾十億年內,植物的種類和數量都在不斷變多,大氣中的氧氣含量漸漸達到了最大值。大約在三億年前,空氣中的氧氣含量達到了35%,也正是因為氧氣含量的增加,地球上的生物體型變得越來越大,出現了恐龍等巨大的爬行動物和各種巨型的海洋動物。地球上分佈茂密的巨型蕨類植物,這些植物一般認為是煤炭和石油的主要來源。此後由於地質運動,發生了幾次巨大的災難,地球上的氧氣開始減少,基本穩定在目前的大氣含量21%。
所以說氧元素來源於恆星爆炸,大氣氧氣來源雖有爭議,但植物的光合作用是主要途徑之一。因此,人類應保護森林,像2019年號稱地球之肺的巴西原始森林火災對地球生命是一個災難。海洋中的藻類比陸地植物光合作用佔比大的多,保護海洋環境也是重中之重。
尋找慧眼撥迷霧
氧氣是地球上的生命物種賴以存在的基礎,植物的呼吸作用都離不開氧氣,如果沒有氧氣,地球上會像火星水星一樣表面一片死寂,那麼地球上的氧氣到底是怎麼來的呢?都是綠色植物製造的嗎?那麼在綠色植物出現以前呢?
這裡先介紹一下氧氣,氧氣是由氧元素形成的氣態物質,氧元素在宇宙中並不少見,而且它的活性很強,很容易和其他物質組合成化合物,比如水就是氧元素和氫元素組成的,一個水分子包括一個氧原子和兩個氫原子,再如鐵礦都是氧化鐵,易燃物燃燒排出的多是二氧化碳二氧化硫等。
水分子結構模擬圖↑
地球大氣成分佔比結構圖↑
植物的生長過程也需要氧氣,因為植物也有呼吸過程,呼吸作用是吸入氧氣排出二氧化碳的,那麼這也說明地球上最早的植物出現的時候,實際上地球上是已經有了氧氣的,只是當時地球上的氧氣含量沒現在這麼高罷了。
那麼地球上最早的氧氣是從哪裡來的呢?實際上只要形成地球的物質中有氧元素存在,那麼地球上就應該有氧氣,當地球的質量大小足以支撐地球表面有氣體存在的時候,氧氣就存在於這些氣態物質中了。
地球剛形成的時候,表面處於熔岩狀態,這個時候富含水的彗星小行星降落到地球表面的時候,水蒸氣會被大量蒸發,這個時候地球表面大氣層比較稀薄,強烈的太陽光照射下來會將水蒸氣分解成氫氣和氧氣,而地球的引力又不強,氫氣很容易進入太空逃逸掉,剩下的氧氣則會留在大氣中,這是地球上早期的氧氣來源之一,但是科學家們估計那個時候的氧氣含量不足現在地球大氣層中的萬分之一,但它仍然給地球早期的微生物和動植物提供了最初的氧氣來源,也可以說是因為地球大氣中有氧氣,才有了生命物種的出現。
大概從距今30億年前開始,地球上出現了原始的微生物,接著藍藻在地球原始海洋中大量出現,給地球大氣層製造了大量的氧氣,在距今約5~6億年前,地球上的氧氣上升到了類似如今的水平,這也促成了距今5.5億年前的寒武紀生物大爆發。
在距今2~3億年前,地球上大氣層中的氧氣含量達到了最高,約34%左右,因此也出現了很多巨型昆蟲。之後氧氣含量逐步下降,如今基本穩定在21%左右。
人類工業革命以來,人為活動消耗的氧氣量很大,但是相對於大氣層中的氧氣總量來說,人類所消耗的氧氣含量還是相當小的,目前來看並不足以撼動21%的氧氣含量。
科普大世界
這個問題採用極限推理法就能得到答案了,地球在植物出來之前,深水中的初生生命有出現了氧介酶(太陽遠紫外輻射能穿透上層大氣到達低空把水汽分解為氫、氧兩種元素。其中氧元素促使了初始生命產生氧介酶),它隨著生命的移動而移動供氧,實現了生命往淺水區的轉移。在那裡利用已被淺水過濾掉有害的紫外輻射的日光和溶入水中的二氧化碳來進行光合作用以增長軀體,從而發展了有葉綠體的綠色植物.於是光合作用結合水汽的光解作用使大氣中的氧增加起來。大氣中氧的組分較多時,在高空就可能形成臭氧層。
所以氧氣的產生應該是高空尚無臭氧層存在的時候,太陽遠紫外輻射能穿透上層大氣到達低空,把水汽分解為氫、氧兩種元素。當一部分氫逸出大氣後,多餘的氧就留存在大氣中。這部分氧氣與後期植物產生的氧氣相加形成了原始大氣環境中的氧氣。
希望答案能解君惑。