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为什么,地球上有氧气,而别的星球上都几乎没有呢?

访客2年前 (2021-11-07)地理课件45

首先,氧元素是宇宙中第三多的元素。那为什么其他星球上却很少看到氧气呢?

首先,恒星是等离子体,不存在气体形态的氧,所以先排除了。

然后,我们就以太阳系为例,看看八大行星都因为什么很少存在氧气吧。

木星和土星是太阳系最大的两颗行星,也是气态行星。由于自身引力比较稳,他们基本保持了氢和氦这两种宇宙元素,木星中氢、氦元素的含量有90%左右。

天王星和海王星较小,距离太阳也比较远,属于“冰巨星”,它们的氢和氦仅有约20%,除此以外还有碳、氧、氮、硫等元素。但氧元素主要以冰的形式存在,构成一个冰质内核,大气里仍然以氢和氦为主。

这样就只剩下四颗类地行星了,相对于另外四巨头,它们都距离太阳比较近。它们的大气成分,我们主要考虑这几方面:

1,自然散逸

最多的几种元素中,铁、硅、镁的化合物主要都是固体,因此牢牢的固定在类地行星上。它们在地球上分别是地核、地幔和地壳里除了氧以外最多的元素。

而其他元素就比较“轻浮”了,首先是最轻的氦(4),然后是甲烷(16)和氖(20),氨(17)和水(18)由于氢键的原因,沸点较高,因此多留了一点。

也就是说,即使把一个星球孤零零的放在那,大气也会自动分出轻重高低,轻的就更容易散逸到太空。各种气体散逸速度大致排序如下:

氦(4)、甲烷(16)、氖(20)、氮气(28)、氧气(32)、二氧化碳(44)、氨(17)、水(18)

【这里氨和二氧化碳排序不确定,请大神指教。】

【散逸比率,纯粹按照气体计算。考虑整个星球的大气演变还需要考虑氢键、反应性等。(本图引用土豆泥,感谢!)】

2,太阳风

太阳在无时不刻向外“吹风”,其实吹的是带电粒子,靠近的星球比较惨,大气每天受到冲击,较轻的元素(主要是氢、氦)就这样被“吹”跑了。

最近的水星根本形成不了大气。

没有磁场的星球尤其惨,比如金星转速太慢,形成不了磁场,太空探测器发现了一条向地球轨道延伸的彗星状尾巴。

地球比较好,有磁场保护,平常时候大部分带电粒子偏转,但太阳风力过强还是会“击穿”它,让我们看到美丽的极光。

火星比水星大,距离太阳的距离是水星的四倍,但人们认为太阳风已经将其原有大气的三分之一剥离,只留下了地球大气密度的百分之一。据测定,火星大气剥离的速度约为每秒100克。

因此,靠近太阳的四颗类地行星表面很难找到大量的氢和氦,就好像几个被太阳风剥光氢氦衣服后,只剩下几个石质裸核。而较远处的类木行星受太阳风影响极小,因此还能披上厚厚的氢氦衣服。

【太阳风把类地行星上的轻元素吹走了好多……】

太阳风实质是加速了自然散逸。

说完了这两条,我们再看看四颗类地行星的现状:

1,水星

没啥说的,离太阳最近,该吹的都被太阳风吹光了,只剩那么小一点。

2,金星

没有磁场,小分子都被太阳风吹光了,连水分子都被紫外线切割成氢气和氧气,然后再吹走。只剩下二氧化碳,引起了温室效应。之所以大气如此之厚,可以理解为气温失控以后,把地壳(似乎应该是金壳哦)里的碳酸盐都“蒸”出来二氧化碳,又加剧了温室效应。

3,地球

不近不远,不是吗?该走的【氦(4)、甲烷(16)、氖(20)】走了,不该走的【氧气(32)、二氧化碳(44)、氨(17)、水(18)】都留下来了,似乎只能用人择原理来解释了。

4,火星

相对于地球,引力还是稍小了点,氮气没留住,氧气一部分吹走了,一部分结合成二氧化碳,一部分固化于氧化铁表面。

说的似乎很轻巧,然而地球上出现氧气,也是一个很艰难的过程呢。

地球自46亿年前诞生,在最早的5亿年内,地球如同人间地狱,表面是一片烈焰火海,是任何生命的死地。大约40亿年前,地球逐渐冷却下来,诞生了最原始的生命,又过了5亿年,出现了最早的可以光合作用的微生物,证据来自澳大利亚沿海叠层石上的蓝藻化石。

【澳大利亚沿海,这片海域上的叠层石距今约35亿年。】

这些最早的生命不断的排出氧气,努力了11亿年,到了距今24亿年前左右,才将大气中的氧气成分提高。在这之前,也许是它们的数量太少,也许是地球上还有很多还原性金属、非金属矿物在不断被氧化,吸收氧气,空气中氧气的成分一直处于痕量。

对于地球来说,24亿年前左右是一个重大的时间节点,被称为“大氧化”,在此之前的10亿年里,地球不可谓没有生机,有众多的需氧型生物,也有很多厌氧型生物。氧气成分的提升,对后者来说是致命的,因为氧气是强氧化剂,对于需氧型生物是生命气息,而对厌氧型生物简直是毒气。

到了现在,厌氧型生物只能被逼到海底、火山口等犄角旮旯的地方,而需氧型生物则不断发展壮大。我们是不是可以说,地球失去了另一种可能性?

【空气中氧气成分变化的历史,横轴的单位是10亿年。24亿年前有一个重大节点:大氧化。】

当然我们无需后悔,毕竟,现在的地球是充满绿色生机的,是属于我们需氧型生物的。确实,在“大氧化”之后,需氧型生物得到了大发展,多细胞生物出现,植物出现,动物出现,直到现在光辉灿烂的生物多样性,我们还在享受着“大氧化”的荫泽。

也许,未来,我们需要改造其他星球的时候,也需要投放一些最早的可以产生光合作用的微生物到其他星球。只是,我们能等11亿年吗?

【寒武纪物种大爆发,一定是踩在“大氧化”事件的肩膀上。】

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