问题

空气中的氮气会不会是史前文明核战的结果?

回答
关于空气中的氮气是否可能是史前文明核战争的产物,这是一个颇具想象力的设想,但从科学的角度审视,答案是否定的。让我们深入探讨一下原因,并尽量用一种自然、不落俗套的语言来展开。

首先,我们需要明白空气中氮气是怎么来的。我们呼吸的空气,大约78%是氮气(N₂)。这种气体相对惰性,不容易与其他物质发生化学反应,这使得它成为一种非常稳定的存在。而它之所以大量存在于大气中,主要得益于地球长久以来生命活动以及地质过程的共同作用。

氮的来源与循环:生命的基石

氮元素并非凭空出现。在地球形成之初,随着行星的演化,许多挥发性物质被释放出来,其中就包括了氮的化合物。在随后的漫长岁月中,地球上的氮主要以以下几种形式存在并循环:

地质活动释放: 火山喷发是地球内部物质向外释放的重要途径。火山活动会释放出大量的气体,其中就包含含氮化合物,如氨气(NH₃)等。这些气体随着时间的推移,逐渐积累在大气中。
生物固氮: 这是氮气进入生命循环的关键一步,也是导致大量氮气最终存在于大气中的重要原因。许多微生物,特别是蓝细菌和根瘤菌,拥有将大气中的氮气(N₂)转化为植物可以吸收的氨(NH₃)或硝酸盐(NO₃⁻)的能力,这个过程被称为“固氮”。没有这些微小的生命体,地球上的氮循环将完全不同,大气中的氮气也不会如此丰富。
有机物分解: 生物体死亡后,其中的氮元素通过分解作用(由细菌和真菌完成)重新释放到土壤和水中,一部分又会以气体形式返回大气。

核战争与氮气:机制上的不匹配

现在,让我们来思考一下,一个史前文明的核战争是否能在大气中留下如此大规模且稳定的氮气印记。

核武器的威力主要来自于核裂变或核聚变反应,这些反应会产生大量的能量,并释放出各种放射性粒子和中子。在爆炸的瞬间,会产生极高的温度和压力。

瞬间生成与转化: 核爆炸确实可以在瞬间产生极高的温度,这足以使大气中的氧气(O₂)和氮气(N₂)发生反应,生成氮氧化物(NOx),例如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。这些氮氧化物在大气中是存在的,并且是形成酸雨的元凶之一。
数量上的巨大鸿沟: 然而,核战争要将大气中78%的氮气“制造”出来,其所需的核弹数量和能量将是难以想象的。即使是现代科技水平下的核战争,其对大气成分的影响也主要是局部性的、短暂的(例如,产生的氮氧化物最终会以酸雨等形式沉降),或者引入一些放射性同位素,而不是创造出如此海量的、稳定的元素氮。我们所知的核反应,更多的是改变物质的同位素组成,或者将某些元素转化为其他元素,而非从无到有地大量产生元素氮本身。
稳定性问题: N₂分子非常稳定,需要很高的能量才能断裂。生物固氮以及地质活动是持续数亿年的过程,它们通过生物化学和地球化学的途径,源源不断地向大气输送或循环着氮元素,最终形成了今天我们所见的大气组成。而核爆炸虽然能产生极高的温度,但这种高温环境是短暂的,并且爆炸产生的大量氮氧化物,在冷却后会以各种方式沉降,并不能永久地、大规模地增加大气中的元素氮总量。

证据的缺失:史前文明的谜团

更重要的是,目前没有任何考古学或地质学的证据能够支持一个高度发达的史前文明存在,更不用说他们发动了核战争了。我们对地球历史的了解,主要依赖于化石记录、地层分析、放射性同位素测年等科学方法。如果存在过一个能够进行核战争的文明,那么他们必然会留下一些物质上的痕迹,例如核废料、经过核打击的遗迹、或者某种与核活动相关的矿物异常。然而,这些痕迹从未被发现过。

总结一下

空气中的氮气,它之所以占了如此大的比例,主要是因为地球生命历经亿万年,通过一系列复杂的生物地球化学循环,特别是微生物的固氮作用,不断地将氮元素转化为大气中稳定的氮气分子。这种过程是缓慢而持续的,是地球生态系统平衡的一部分。

一个假想的史前文明核战争,即使规模再大,也无法在短期内“创造”出如此庞大且稳定的氮气含量。核武器的化学和物理效应,与氮气在地球大气中长期存在的根本机制并不相符。更何况,目前也没有任何确凿的证据表明存在过能够进行此类战争的史前文明。

所以,虽然这个想法充满科幻色彩,但从我们目前所掌握的科学知识来看,空气中的氮气是大自然鬼斧神工,是生命演化的必然结果,而非史前核战争的遗留物。我们呼吸的每一口富含氮气的空气,都是地球生命漫长而辉煌历史的见证。

网友意见

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楼主的脑洞有点大啊,可是我喜欢~~~。


其实,氮元素在宇宙中真的很稀少,具体见下图。

氮元素不仅比邻近的碳、氧少很多,就是和比它更重的氖、铁相比,都要少很多,这是我们讨论一切的前提。至于氮元素怎么来的,其他答主讲过了CNO循环,我们就不多说了。


按照目前的理论,我们的太阳系来自第二代恒星爆发后的产物,所以在46亿年前各大行星形成之初,大体上元素组分是一样的,氢和氦最多,然后是氧、碳、氖、铁、氮、硅、镁、硫。然而之后为什么八大行星各自不同呢,我们首先大致了解一下这几种元素的化学性质:

氦最惨,不能和其他元素化合,因此最轻(4)。

氢其实还好,它容易和氧、氮、碳化合,形成水(18)、氨(17)和甲烷(16)。

再看看碳,碳会和氢结合形成甲烷,碳还可以跟氧生成较重的二氧化碳(44),并进而和其他元素生成碳酸盐。碳酸盐基本都是固体,一部分可溶于水。碳元素还会搭起长链有机物的骨架,分子量大的有机物都不太容易挥发。


氮和碳类似,最简单的化合物是氢化物:氨(17)。单质氮气(28)比较稳定,氮可以形成硝酸盐,几乎都可以溶于水。

氧气(32)的反应活性很强,很容易和各种元素形成氧化物,金属氧化物大多是固体,非金属的氧化物一般也比较重,氧还容易形成含氧酸和含氧酸盐。

氖(20)和氦一样,几乎没有任何反应性。

镁是金属固体,不容易挥发,而且由于硅酸镁的熔点超级高,当别的矿物已经处于熔融状态,密度降低的情况下,它却仍然保持固体本色,不断往下沉,终于沉底到地幔。所以地球上的镁元素基本保留,让它稳坐地球元素排行榜第四把交椅。


单质硅是固体,其主要的化合物中,只有氟硅烷、氯硅烷和氢硅烷是气体,这些硅烷的反应活性还很强,很容易生成硅酸盐或者氟硅酸盐。此外,硅的氧化物二氧化硅是固体,熔点1650度,碳化硅是超级难熔的固体,熔点大约2700度,各种各样的硅酸盐更是固体,也都是超级难熔的物质,只有到了地幔中的高温才会熔融。

这里插播一个笑话,硅元素:“来吧,氧mm,不要总在外惹事了,来跟我一起过日子吧。”于是氧元素和硅元素结合成了稳定的硅酸盐矿物,过起了安安稳稳的小日子,氧顺便带来了一帮硅的小姨子们:“那家美女”(钠、钾、镁、铝)。

硫是一种亲铜元素,容易和各种金属形成硫化物矿物。另外硫也容易和氢形成硫化氢(34)。

铁就不用说了,妥妥的固体,最重,铁定沉入星球的最核心了。


好了,说完了化学性质,让我们看看都有哪些因素会影响行星的大气演变。

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。比如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。】


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。

太阳风实质是加速了自然散逸。


3,引力

没错,就是引力。越大的星球“抓住”较轻物质的能力越强,比如质量最大的木星和土星的大气几乎全由最轻的氢、氦组成,中间一层厚厚的金属氢,最中间是一个相对较小的石质内核。

而较轻的天王星海王星的大气成分和木星差不多,也主要以氢氦组成,厚度却薄了很多,内部是一个冰、氨和甲烷组成的中间层,所以也称为“冰巨星”。

引力实质是阻挡自然散逸。


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好了,根据以上几种效应的叠加,我们再把八大行星一个个过目,看看有没有什么神迹,兼回答楼主的问题。


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。


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。


地球,相当合理啊,不是吗?该走的走了,不该走的都留下来了,只能用人择原理来解释了。

什么?你问地球上为什么这么多氮气?

地球的大气层质量很大吗?有人计算过,约为5.3*10^15吨。而地球质量呢?约为6*10^21吨。这中间就查了6个数量级啊。

地壳里的氮元素只有17ppm,简直和铌、镓、锂等稀有元素差不多了。

氮元素对生命堪称营养元素,然而生物圈能需要多少氮元素呢。氮循环和氧循环、碳循环相比,是在是不值一提了。


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。


木星,土星等类木行星就更简单了,越大的星球里面氢氦基数越大。就那么多氮元素做分子,就看你能留下多少氢氦做分母咯。


其实,楼主不如从下面这个思路开脑洞,生命可能来自火星,理由就是固氮。


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有人说直接贴结论,其实很显而易见了啊:

1,宇宙中的氮本来就不多,就看谁能留得住咯。

2,自然散逸,考虑化学性质,能形成化合物的更容易留下

3,具体到每个行星上,还要考虑以下因素:

a)太阳风(距离太阳远近、磁场等)

b)引力(行星大小)

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