我们呼吸的空气是如何由地球板块形成的
板块构造运动推动的火山活动形成了地球大气层，使地球成为宜居星球。Simon Redfern/剑桥大学，作者提供
地球是如何形成大气层并让生命得以发展的？一项发表在《自然》杂志上的研究自然地球科学将地球富含氮的大气的起源与驱动地球上造山运动和火山活动的构造力联系起来。这在一定程度上解释了为什么与我们最近的邻居金星和火星相比，地球的空气中氮含量更高。
我们呼吸的空气的化学性质至少部分是数十亿年光合作用的结果。植物生命将我们的世界从一个笼罩在富含二氧化碳的大气层中（如火星或金星上所见）转变为一个氧气充足的大气层。大约五分之一的空气由氧气组成，其余几乎全部是氮气。但地球空气中氮含量相对较高的原因一直是个谜。
华盛顿卡内基研究所的地质学家萨米·米哈伊尔和迪米特里·斯维尔延斯基计算了氮在板块构造的搅动循环中循环通过地球深处的岩石时预计会发生的情况。活火山不仅在向空中喷发熔岩时喷出火山岩和过热的火山灰，而且还从地球深处喷出大量气体。冰岛最近的火山喷发例如，因排放大量硫磺烟雾而闻名。
除了硫磺、蒸汽和二氧化碳外，靠近活跃板块边界的火山还会向空气中排放大量氮气。米哈伊尔和斯维尔延斯基通过火山根部下方发生的化学反应解释了这一现象。
氮气冒泡
随着板块构造周期的推进，海洋地壳俯冲（即被拖入大陆地壳之下）至地球深处，它会将“挥发性”元素释放到上方的岩石中。这些挥发性元素含有氮，其命运可能是最终被锁在矿物中，也可能以气体形式释放到大气中。上覆岩石的化学成分决定了挥发物的命运。
冰岛霍卢劳恩火山自上个月开始喷发，每天都会释放出大量蒸汽、二氧化碳和二氧化硫。西蒙·雷德芬/剑桥大学
地壳深处的氮往往会形成铵离子（NH4+) 很容易被固体硅酸盐矿物所吸收。硅酸盐矿物是地壳中最丰富的矿物之一。据推测，地球上的大部分氮以及金星和火星上的几乎所有氮都存在这种情况。但当这些硅酸盐矿物在某些条件下发生反应时，例如在氧气或含氧化合物存在下，铵分子会分解成水 (H2O) 和氮 (N)2）然后后者通过火山口到达地表和大气层。
火星和金星没有板块构造，氮含量也相对较少。数亿年前，地球的大气中富含氮，使地球成为生命的家园。这似乎源于地球本身是一个地质活跃的星球。俯冲是板块构造的驱动力，同时也创造了制造深层氮的化学反应器。推动山脉、大陆、海洋和岛屿形成的力量，也造就了我们的大气和生物圈。
研究结果表明，氮元素在大气中开始形成的时间大约是 30 多亿年前，这意味着当时地球上的板块构造已经活跃起来。这与其他关于地球作为活跃行星的时间长度的估计相符，与我们对火星和金星的地质停滞图景形成鲜明对比。这些结果为了解宇宙中其他遥远恒星周围可能存在生命行星的先决条件提供了新的见解。
西蒙·雷德芬 (Simon Redfern) 不为任何将受益于本文的公司或组织工作，不为其提供咨询，不拥有其股份，亦不接受其资助，并且与任何相关组织均无关联。
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