文｜魯 超

什么是地球上的史前文明？

一些科學(xué)家根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)和文獻(xiàn)研究，提出了“史前文明”的假設(shè)。有的學(xué)者認(rèn)為人類發(fā)展是周期性的，不同時(shí)期的地球上存在著不同的文明。

地球上氮?dú)夂芏鄦幔?/p>

地球空氣中氮?dú)獾捏w積占比高達(dá)78%，是太陽系大行星中氮?dú)怏w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?dú)獯嬖凇?/p>

地球上的氮?dú)馐鞘非拔拿鞅l(fā)核戰(zhàn)的結(jié)果嗎？

氮元素的確來源于核反應(yīng)：碳氮氧循環(huán)。但這種級別的核反應(yīng)即使在太陽內(nèi)部都很少發(fā)生，而是發(fā)生在更大質(zhì)量的恒星內(nèi)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(yīng)產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)生的。那為什么地球上的氮?dú)夂勘壤@么高呢？原因其實(shí)很簡單：剩的。（RNAVision）

▲碳氮氧循環(huán)

目前認(rèn)為恒星的能量來源有兩種過程：

第一種是質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)，是太陽級別的恒星產(chǎn)生能源的主要過程；

第二種是碳氮氧循環(huán)，是質(zhì)量更大的恒星產(chǎn)生能源的主要過程。

這些恒星中發(fā)生的核聚變反應(yīng)，使構(gòu)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?dú)?，是不是史前文明爆發(fā)核戰(zhàn)的結(jié)果？

這個(gè)想法的腦洞有點(diǎn)大，可是很有趣。前面已經(jīng)解釋，氮?dú)馀c地球上的核反應(yīng)無關(guān)，但與“剩下”有關(guān)。至于如何剩下，我們來一探究竟。

其實(shí)，氮元素在宇宙中真的很稀少。氮元素的數(shù)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(chuàng)元素團(tuán)隊(duì)

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(fā)后的產(chǎn)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(xué)性質(zhì)。

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(huì)和氫結(jié)合形成甲烷，碳還可以跟氧生成較重的二氧化碳，進(jìn)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(huì)搭起長鏈有機(jī)物的骨架，分子量大的有機(jī)物都不太容易揮發(fā)。

氮和碳類似，能夠形成的最簡單的化合物。單質(zhì)氮?dú)鈩t比較穩(wěn)定，是地球上除了惰性氣體之外最穩(wěn)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(yīng)活性很強(qiáng)，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(yīng)性。

鎂是金屬固體，不容易揮發(fā)，而且由于硅酸鎂的熔點(diǎn)超級高，當(dāng)別的礦物已經(jīng)處于熔融狀態(tài)，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(wěn)坐地球元素排行榜第4把交椅。

單質(zhì)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(yīng)活性還很強(qiáng)，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(diǎn)1650℃；而碳化硅是更難熔的固體，熔點(diǎn)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(huì)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(xué)性質(zhì)，讓我們看看都有哪些因素會(huì)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(diǎn)較高，因此能在行星上多留一點(diǎn)兒。也就是說，即使把一顆星球孤零零地放在那兒，大氣也會(huì)自動(dòng)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(gòu)成

各種氣體的散逸速度可以大致排序?yàn)椋汉ぁ⒓淄?、氖、氮?dú)狻⒀鯕?、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(fēng)

太陽在無時(shí)無刻地向星際空間中“吹風(fēng)”，其實(shí)這種“風(fēng)”是帶電粒子?？拷柕男乔驎?huì)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(zhuǎn)速太慢，形成不了磁場，太空探測器就發(fā)現(xiàn)金星的電離層被太陽風(fēng)吹出一條長長的彗星狀尾巴。地球比較好，有磁場保護(hù)，平?？梢允勾蟛糠謳щ娏Ｗ悠D(zhuǎn)，但太陽風(fēng)力過強(qiáng)時(shí)還是會(huì)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(rèn)為太陽風(fēng)已經(jīng)剝離了火星原有大氣的1/3，現(xiàn)在留存的火星大氣僅有地球大氣密度的1%。據(jù)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(gè)被太陽風(fēng)剝光氫、氦外衣后的石質(zhì)裸核。而較遠(yuǎn)處的類木行星受太陽風(fēng)影響極小，因此還能披上厚厚的氫、氦外衣。

由此可見，太陽風(fēng)實(shí)質(zhì)上加速了行星上輕質(zhì)元素的自然散逸。

3 引力

沒錯(cuò)，就是引力。越大的星球“抓住”較輕物質(zhì)的能力越強(qiáng)。比如質(zhì)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(gè)相對較小的石質(zhì)內(nèi)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(nèi)部則是一個(gè)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(shí)質(zhì)是阻擋自然散逸的。

太陽系元素團(tuán)隊(duì)現(xiàn)狀

根據(jù)以上幾種效應(yīng)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(fēng)吹光了，只剩那么少一點(diǎn)兒。

金星，沒有磁場，大氣中的小分子都被太陽風(fēng)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(yīng)。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(yīng)，如此往復(fù)循環(huán)。

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(huì)有這么多氮?dú)猓渴紫?，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(yǎng)元素，但是生物圈能吸納多少氮元素呢？從細(xì)菌、真菌到植物、動(dòng)物，氮所參與的循環(huán)和氧循環(huán)、碳循環(huán)相比，規(guī)模實(shí)在不值一提。所以，地球在行星形成時(shí)獲得的氮，基本都穩(wěn)定而孤獨(dú)地留在大氣里了。

火星相對于地球，引力還是稍小了點(diǎn)兒，大氣中的氮?dú)鉀]留住，氧氣一部分被吹走，一部分結(jié)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(shù)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?yàn)樾行切纬沙跗诘脑荚厮鼈儽４娴米钔旰谩?/p>

所以，關(guān)于“地球上的氮?dú)馐遣皇莵碜允非拔拿骱藨?zhàn)”的腦洞，結(jié)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(xué)性質(zhì)，能形成化合物的元素更容易留下）、太陽風(fēng)（距離太陽遠(yuǎn)近、磁場大小等）、引力（行星大?。┑扔绊懸蛩兀涂茨男┬行堑木C合指數(shù)更高，哪些就更能留得住、剩得下氮了。