為什麼地球的大氣層主要是由氮和氧組成的？
我們地球的大氣層是由78%的氮氣、21%的氧氣以及其他諸如水蒸氣和二氧化碳等痕量氣體組成。相對於其他行星的大氣層而言，這是一種比較奇怪的混合。木星和土星主要由氫氣和氦氣組成；金星那厚厚的大氣層中有大約96%為二氧化碳，而只有3%的氮氣，火星那稀薄的大氣層中的氣體比例與此相類似。那為什麼我們地球的大氣層是主要由氮氣構成的呢？
事實上，情況並非總是如此。就像大多數行星一樣，地球最早的大氣主要是氫和氦組成。這兩種元素是目前宇宙中最為豐富的，恆星的最主要成分就是氫，其次是氦。在宇宙大爆炸所產生的原子之中，有大約92%是氫，其餘的大部分是氦。而元素周期表中的所有其他元素都是通過諸如在恆星中心進行核聚變等天體物理過程中形成的。時至今日，這些天體物理過程只形成了很少量的宇宙元素。
整個太陽系都是誕生自同一片太陽星雲
因為恆星與行星都是形成自同一片星雲，所以當行星最初形成之時，其成分主要是氫和氦。一些氫會與其他元素成鍵，但大多數仍然是遊離的氫。氫和氦都是輕元素，所以它們會傾向於揮發進入太空。諸如木星等氣態巨行星有著足夠的引力來束縛住大部分的氫和氦，這就是為什麼這些元素主導了氣態巨行星的大氣層。但是地球的引力不夠強大，所以地球早期大氣層中的氦和遊離氫揮發進入太空。
在剩下的元素中，碳、氮、氧是最豐富的。這是基於這樣的事實：在大型恆星中的主要核聚變反應是碳氮氧循環，作為副產物產生了碳氮氧這些元素。這些元素很容易與其他元素髮生反應，併產生諸如水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氨（NH3）等氣體。年輕地球的地質活動要比今天活躍得多，而火山活動釋放出了大量的這些氣體，然後隨著時間的推移，它們主宰了地球的大氣層。
那為什麼金星和火星的大氣層主要是由二氧化碳組成，而地球的則不是呢？所有的這一切都要歸結於水。地球的火山活動驅使地球大氣層變成金星和火星那樣被二氧化碳主導，但地球也擁有大量液態水的海洋。二氧化碳易溶於水之中，所以我們的海洋吸收了大氣中的二氧化碳，留下一個主要由氨組成的大氣。
結果是，氨在地球大氣層中不穩定。當被來自太陽的紫外線照射時，氨就會分解成氮和氫。然後，遊離出的氫揮發進入太空，留下了就是氮。金星的大氣層也可能遵循了類似的過程，但是沒有廣闊的海洋來把二氧化碳從大氣中吸收出來。
即使擁有廣闊的海洋，地球大氣層也可能會被二氧化碳主宰而不適於生命的存在，這裡還需要有關鍵的因素。早期的藍藻細菌能使用陽光和溶解於地球海洋中的二氧化碳溶解來產生能量，然後氧氣作為副產物被釋放出。早期氧氣與鐵結合形成一層鐵鏽，但最終開始構成地球大氣層的主要成分之一。藍藻細菌消耗了二氧化碳，這樣能使更多的二氧化碳溶解到海洋之中。因此，這些過程導致了地球現如今的大氣主要是由氮氣和氧氣組成。
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