Strona głównaPytania → Dlaczego azot jest głównym składnikiem...

Dlaczego azot jest głównym składnikiem atmosfery i czy jest niezbędny dla życia?

Pytanie

Pyta paweł

Dlaczego akurat azot jest głównym składnikiem atmosfery na Ziemi? Czy życie na Ziemi mogłoby powstać gdyby jakiś inny gaz, razem z tlenem, tworzył atmosferę?

Odpowiedź

Odpowiada Prof. Szymon Malinowski

Azot ma pewne specyficzne cechy, które powodują, ze jest ważnym składnikiem ziemskiej atmosfery:

  1. w całym zakresie warunków jakie występują i występowały w atmosferze Ziemi jest w stanie lotnym;
  2. nie reaguje chemicznie z głównymi składnikami skorupy ziemskiej;
  3. ma na tyle dużą masę cząsteczkową, żeby w ziemskich warunkach nie uciekać w kosmos z górnych warstw atmosfery, a promieniowanie słoneczne nie powoduje fotodysocjacji cząsteczek N$_2$.

Ten splot cech azotu spowodował, że w czasie historii geologicznej powoli odkładał się w atmosferze. Tlen, którego na Ziemi jest dużo (0k. 10 tys. razy) więcej od azotu, wbudowany jest w stabilne sieci krystaliczne minerałów, z których zbudowana jest skorupa ziemska; natomiast minerałów z azotem w praktyce nie ma.

Warto zdawać sobie sprawę, że w wysokich warstwach atmosfery, tzw. termosferze, pochłanianie promieniowania słonecznego prowadzi do wzrostu temperatury, to znaczy energii kinetycznej cząsteczek bardzo rzadkiego tam powietrza. Przy tej samej energii kinetycznej cząsteczki o większej masie mają mniejszą prędkość niż cząsteczki o małej masie. Jeśli prędkość najlżejszych cząsteczek (H, H$_2$, He) przekroczy prędkość ucieczki, to przy odpowiednim kierunku ruchu oddalają się one w przestrzeń kosmiczną. Stąd brak wodoru i helu w atmosferze, mimo faktu, że para wodna w górnych warstwach atmosfery może ulegać fotodysocjacji.

Jeśli idzie o drugą cześć pytania, to można sobie wyobrazić atmosferę składającą się z tlenu i np. argonu. Jednak w takiej sytuacji nie wiadomo, czy mogłoby powstać życie, a na pewno nie powstałoby i nie rozwijało się życie w znanej nam postaci opartej na białku, ponieważ ważnym składnikiem białka jest azot.

Prawdopodobnie pierwotna atmosfera naszej planety była mieszanką dwutlenku węgla, amoniaku i pary wodnej. W efekcie fotodysocjacji amoniaku na wodór i azot ten ostatni został w atmosferze, woda w większości skondensowała, a dwutlenek węgla został rozłożony przez pierwotne cyjanobakterie na tlen i węgiel. Potem przez niemal połowę historii geologicznej proporcje azotu i tlenu w atmosferze Ziemi prawie się nie zmieniały. W ostatnich latach obserwujemy nieznaczny spadek koncentracji tlenu w stosunku do azotu i wzrost koncentracji dwutlenku węgla, co jest skutkiem utleniania węgla usuniętego kiedyś z atmosfery i zamkniętego w skorupie ziemskiej w postaci materii organicznej, z której powstały paliwa kopalne.