地球的空气从哪里来？聊聊你不知道的空气史 _空气

我们每天都在呼吸空气，空气对于我们所有人来说是最熟悉不过的东西了。但是你了解空气吗？你知道空气是从哪里来、又是怎样变成今天的样子吗？下面我们就来讲讲空气的历史。
我们今天呼吸的空气中，大约有78.08%的氮气、20.95%的氧气、0.93%的氩、0.04%的二氧化碳和痕量的其它气体。空气中还含有水，正如我们平时所见的一样，水在空气中的分布并不平均，有些地方的空气很干燥，云雾中含有大量的水，海洋表面空气中的水气浓度大约为1% 。平均计算的话，在整个大气层中大约含有0.4%体积的水气，看起来很少，但考虑到整个大气层的质量超过了5千万亿吨，所以空气中的水也是一个非常庞大的数字。
水是地球生命之源，当地球最开始形成时，空气中还没有氮气和氧气，但已经有了水。

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水是生命之源
地球形成之初宇宙中分布最广泛、数量最多的元素是氢。在太阳系形成之前的星云里，氢也是最重要的元素之一，它们聚在一起形成了太阳、木星和土星，天王星和海王星的大气中至今都含有大量的氢和氦，最早的地球表面空气中也一样有许多氢气和氢的化合物，比如甲烷、氨气和水。
与水星、金星和火星一样，地球是比较靠近太阳的内行星，它由大量比较重的元素构成，而氢、氦这样轻的元素则大多被强烈的太阳风吹到了太阳系的外围，构成外行星的主要部分。靠近太阳的吸积盘中的大量碎屑、尘埃和气体相互吸引、碰撞、挤压，逐渐变成小行星、星子，再由星子一点点吸引更多的碎屑慢慢长大成行星。

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行星的形成
【地球的空气从哪里来？聊聊你不知道的空气史】地球在慢慢长大的过程中由于受到轨道上大量碎块和小行星的撞击，加上内部物质相互间的挤压、放射性物质衰变产生热量，导致在最初的几亿年间地球表面火山频发，几乎处于沸腾的状态。在这个过程中，地下大量的氮气、水蒸气和二氧化碳被火山带到地表，散发到空气中，而氢气由于更轻，它们处于大气层的最外围，一点一点地被太阳风剥离，吹散到太空中。这就是为什么氢气在宇宙中非常多，而在地球空气中极稀少的原因。

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地球最开始的样子
氧气的产生如果你在27亿年前来到地球，这里依然是没有氧气的。尽管已经历经了近20亿年的漫长演化，地球表面依然是死寂的世界，空气中的氮气数量与今天差不多，二氧化碳的浓度很高。尽管当时的太阳没有今天亮，也没有今天这么热，但二氧化碳与水蒸气一样都是温室气体，它们为地球保温。

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温室气体的保温作用
一个令人欣喜的现象是，在地球广阔的浅海区域和陆地的湖泊中，开始出现大量的原核生物和真核生物，它们是古老细菌和蓝藻细菌。这些细菌不需要氧气，它们依靠太阳的光合作用将空气中的二氧化碳转化为氧气。而当它们死亡后就会沉积到水底，由于水里面的氧气含量也极低，所以这些有机沉积物大部分不会被氧化，它们逐渐堆积，最终形成今天的石油。

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古老的蓝藻是地球氧气的最初贡献者
尽管有大量细菌和藻类吸收二氧化碳，每年产生约 15.8 ± 3.3 T mol (1 T mol = 10¹² 摩尔，1摩尔氧气=32克，) 超过5亿吨氧，二氧化碳数量在减少，但在几亿年的时间里地球空气中的氧气并没有怎么增加，氧气去了哪里？
它们被吸收掉了。我们知道氧气有强氧化性，当时的地球表面，包括海洋中有大量的游离铁、铁离子以及其它的金属离子，这些铁会迅速还原氧，形成Fe?O?和Fe?O?，这些氧化铁不溶于水，它们会慢慢沉积，最终形成我们今天的磁铁矿和赤铁矿。

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一块生成于21亿年前的带状铁矿石
直到地球表层的铁离子和其它容易被氧化的金属离子都被氧化后，空气中的游离氧气才迅速增加，这时候二氧化碳水平大幅下降，但还没有降到今天的水平，因为氧气会与空气中的甲烷气体发生化学反应产生新的二氧化碳和水。
氧气的危与机甲烷是一种比二氧化碳更强的温室气体，由于地球空气中大量的二氧化碳被细菌和蓝藻消耗、新产生的氧气又氧化了甲烷，太阳光照度又不强，这直接导致24亿年前地球表面温度下降，进入第一个冰河时期。