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        地球上這么多氮?dú)鈺?huì)不會(huì)是史前文明“核戰(zhàn)”的結(jié)果

        2020-09-28 07:39:36文|魯
        飛碟探索 2020年3期
        關(guān)鍵詞:核戰(zhàn)太陽風(fēng)史前

        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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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?、甲烷、氖、氮?dú)?、氧氣、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。靠近太陽的星球會(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),平常可以使大部分帶電粒子偏轉(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)??首先,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?,就看哪些行星的綜合指數(shù)更高,哪些就更能留得住、剩得下氮了。

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