關於大氣的故事

關於大氣的故事 (Story of atmosphere)
臺北市立建國高級中學地球科學科 江豪章老師/國立臺灣師範大學地球科學系 陳正達教授責任編輯

今日我們把呼吸當作是理所當然的一件事，若回到地球剛形成之初，呼吸這件事就會變成不可能的任務了；想想宇宙中的元素，氫氣 (Hydrogen) 和氦氣 (Helium) 佔最高比例，直覺上來說，地球的大氣應該也要以氫氣和氦氣為主才是啊，但又為何現今的地球大氣是以氮氣 (Nitrogen) 和氧氣 (Oxygen) 為主呢？

的確在地球剛形成之初，地球大氣是以氫氣及氦氣為主，除此之外再加上甲烷 (Methane) 與氨 (Ammonia)，一般稱之為原始大氣，但由於氫跟氦都是較輕的分子，非常容易脫離地球引力的控制而離開地球大氣，甲烷跟氨接受來自流星撞擊及太陽風帶電粒子的能量而足以脫離地球，因此這四種氣體都不是目前地球大氣最主要的成分。

而目前地球大氣最主要的氣體 – 氮氣是如何出現呢？地球剛形成之初，因為被流星體持續撞擊，及地球內部的高溫，使得火山活動非常頻繁，火山活動所噴發的氣體主要是水氣，其他包含二氧化碳、氮及硫化物等；水氣是形成現今海洋的來源，二氧化碳及硫化物陰液溶於水而藉此作用從大氣中移除，因此氮氣慢慢累積成現今的比例。

至於大氣比例排名第二的氧氣，相信大家都知道是35億年前似藍綠藻的無核原生細菌行光合作用才有氧氣出現，但這中間的故事也不是這麼簡單，從下圖中氧氣在大氣組成中的百分比可知，氧氣是從20億年前才開始出現在大氣中，從35億前年到20億年前間的氧氣到哪去了呢？想想地球剛從無氧的環境變成有氧的環境，又有很多元素是很容易和氧產生作用，例如鐵，因此地球花了15億年的時間將這些元素氧化掉，氧氣才會開始累積至大氣當中。

故事還沒結束，氧氣在大氣中累積這件事除了對於呼吸作用很重要之外，對於生物在陸地上的演化也非常重要；因為有氧氣的累積，才會有臭氧的出現，才能夠有效地吸收紫外線，使得陸地地面上的紫外線大幅減少，約在4億年前，生物有機會從海洋登陸，演化成現今的地球生態。

地球的演化其實是整體性的，牽一髮而動全身，人類目前對於地球的影響究竟為何？到目前為止沒有人可以篤定，但若站在地球的角度來看，人類自毀前程對於地球會有何影響嗎？地球歷史至今經歷了5次的大滅絕，每次大滅絕之後又重新欣欣向榮，因此人類現在的補救是在救地球還是救人類呢？

參考資料
王乾盈（2010）普通高級中學基礎地球科學上冊，第9頁。