氧气只有地球才有吗?

TiLi


迄今为止,地球还是太阳系中唯一拥有生命物种存在的星球,其中有个必不缺少的原因,就是我们地球大气层中有着足够的氧气,占到了大气层气体含量的21%左右,在整个太阳系中也是独一无二的。




那么在我们的太阳系中,只有地球上有氧气吗?这个问题不好回答,因为氧元素本就是一种在宇宙中普遍存在的元素,它是比较容易生成的,质量如我们的太阳这样的恒星到了晚年时期,内部的核聚变就可以产生氧元素,通常也会以气体的状态存在,所以在有大气层或者液态水的星球上,多多少少都会有一些氧气的,很少会有星球像我们地球这样拥有那么多氧气罢了。

在太阳系中,除地球之外氧气含量最高的就是火星了,虽然火星上的大气以二氧化碳为主,但是氧气含量占到了0.15%,远高于木星、土星、天王星和海王星等,比唯一拥有大气层的土卫六可卫星上的氧气含量也高。




至于为什么火星上氧气含量相比其他星球要高一些呢?天文学家们分析认为这可能是因为远古火星曾经有着类似地球如今这样的生态系统,上面也曾有大量的绿色植物制造的氧气,那个时候火星上面的氧气含量要比现在高多了,大气层也比如今浓厚的多,而如今火星上的氧气也是那个时候的部分遗留罢了。

在太阳系中,地球和火星之外,还有其他一些星球上存在相当多的氧气,不过这些氧气并没有存在于它们的大气层中,而是存在于它们的液态海洋中,比如木卫二、木卫四、土卫六、海卫一、天卫五、冥王星等星球,天文学家们认为它们表层冰盖下有着很深的海洋,在这些海洋中,很可能有着溶在水中的大量的氧气,因此这样的海洋中也被认为很可能有生命物种存在。




地球上有一些现成的类似于上面这些星球冰盖下海洋的环境,那就是南极洲的一些冰下湖泊,比如沃斯托克湖,里面的氧气含量是地球其他淡水湖泊中的50倍,但是这个湖泊已经通过冰盖与外界隔绝50万年以上了,科学家已发现里面有细菌等微生物存在,像这样的湖泊在南极洲已知有140多个,它们或者可以间接证明,这些星球的冰下海洋中有足够的氧气可以供生命生存。

其实只要有适宜的条件,氧气就可以存在,并非只需要光合作用才能出现,氧元素在宇宙中含量并不少,只是它的化学性质非常活泼,很容易和其他元素结合成氧化物,在很多星球上氧气都和其他元素形成了氧化物,比如火星上的赤铁矿,实际上就是氧化铁。所以很多星球上的氧气都变少了,而如果有合适的条件或者出现某种化学反应,氧气还是能被解放出来的。


人类的方向


当然不是。但至少在太阳系,地球是大气中氧气含量最多的天体(目前地球大气含氧量为21%,而在历史上,地球的氧气含量曾达到30%的巅峰)。地球之所以拥有这么多的氧气,是跟地球的生命紧密相关的。这种相关性,似乎暗示了在已知的行星大气当中都不大可能有如此丰富的氧气。

地球的“大氧化时代”

地球的氧气来源于地球形成初期的一个叫做“大氧化事件”的远古时期,在此时期,地球海洋中的蓝藻,通过光合作用释放氧气的效率,开始超过了地球上的还原性物质(主要是铁)消耗氧气的速率,因而使得氧气从海洋释放到大气呈现净输出,大气中的氧气含量迅速上升。

请注意在大氧化时代之前很长一段时期,生命就已经出现了,是因为那个时候地球还处于一种还原性的状态,因为地球表面有很多铁。这些铁处于没有被氧化的状态,也就是说,还没有变成铁锈。

上图:地球海洋溶解成分发展曲线(横轴是时间,单位:距今百万年),红色为二价铁离子,绿色是硫化氢,蓝色是氧气。
图中重要标注翻译如下:

  • Greate Oxidation Event - 大氧化事件

  • Oxygenic Photosynthesis Evovles - 产氧光合作用进化

  • First O2 respiring eukaryotes - 首个呼吸氧气真核生物

  • Intense valcanism - 剧烈火山活动

  • Shallow ocean - 浅海

  • Deep ocean - 深海

  • Cambrian explosion - 寒武纪大爆炸

  • First complex animals - 首批复杂动物

  • Land plants diversity - 陆生植物分化

从上图看出,从大氧化事件之后海洋含氧量就稳步上升,从浅海到深海。

大气富含氧气的木卫二

如果抛开大气含氧总量来说,其他已知的天体(不局限于行星,还包括卫星的话)还是有包含氧气的可能的。值得高度怀疑的一个例子就是木卫二——欧罗巴。

木卫二是一个被厚厚的冰层覆盖的木星的卫星,它的大小和我们的月球大致相当。因为尺寸偏小,所以木卫二的大气非常稀薄,大概只有地球大气压的10^-12那么多。但木卫二大气层几乎由氧气构成。

跟地球上的氧气的起源不同,木卫二大气中的氧气并非源于生物。其近地大气是由辐射分解形成。太阳紫外线以及来自木星磁层的带电粒子撞击到木卫2表面的冰层时,将水分子裂解为氧原子和氢原子,并升华到大气中,大部分会迅速形成分子形态。氢气会简单的逃逸到太空,而氧气则会滞留在近地表,维持下来。

上图:木星磁场对木卫二表面的辐射裂解作用的原理图。带电高能粒子会随着木星的磁场线砸向木卫二的轨道,使得大量的高能粒子轰击木卫二的表面。右图中红色螺旋线是电子降落木卫二的曲线,绿色螺旋线是硫+、氧+等其他离子(原图不清晰,看不清电荷符号,但根据手性判断,应该是正离子)。

上图:感受一下这种亲密关系,背景中的木星太宏大了。

研究者们观察部分辐射裂解的氧气不会被释放到木卫2的表面,而是随着木卫二冰层与其冰下的海洋的交互,而被输送到海洋当中。

这样的辐射裂解产氧过程在木星的其他几个卫星上也可能发生,所以像木卫一、木卫三的大气等都含有比例不一的氧气。

总结

所以至少在太阳系还有其他的天体拥有氧气,这是毋庸置疑了。


小宇堂


虽然我们对外星球,特别是系外行星、卫星的观测很少,但我们有理由说氧气并非只有地球上才有。

不说别的,人类探测最多的其他行星——火星,其大气中就有约0.15%的氧气,这不就说明了氧气不只是地球的专利了吗?


事实上,氧在宇宙中是很普遍的,就说我们的地球组成,排在第一位的也是氧。只不过氧有一个奇怪的特性,使得其很难以单质的形式存在,那就是氧化性。

由于氧的性质相对而言比较活泼,(仅仅是相对而言,比氧活泼的东西多了去了)所以在其他没有氧循环的星球,绝大多数氧只能以化合物,或者说氧化物的形式存在。譬如我们生活中最常见的水,其实就是氢的氧化物。因此,正常来说,除非有一个星球氧占据了绝大多数,不然其中的氧会很快发生化学反应。不过这并不是绝对的,火星就是个例子。


首先从生物学角度来说,既然地球是一派生机勃勃的景象,我们没理由相信遥远的地方没有其他星球和地球一样也有植物的存在。而植物,或者说有叶绿体的生物是碳氧循环的重要角色,因此,只要有植物或者类似的存在,这个星球就一定有氧气。

其次从化学角度来说,任何反应都是相对平衡,也就是说即便在宏观看来化学变化是单向性的,但在微观看来这个变化确是双向的,换句话说,即便一个化学反应已经在某个容器中发生,这个容器中也一定是反应物和生成物共存,只不过是多少的问题。这样看来,几乎每个有氧元素存在的星球都有氧单质甚至氧气存在了。

因此,不管怎么说,氧气都绝不只是地球的专利,绝不仅仅是地球上才有的。更或者说,几乎每个星球都有氧气!

欢迎关注"张家小智儿"看更多天文爱好者的交流沟通。


张家小智儿


首先可以准确的讲氧气绝对不止地球上才有,因为氧气主要是由氧分子组成,而氧分子除了地球以外,宇宙的其他星球以及大气层当中都有氧分子的存在,区别只是形成氧气数量的多少。以我们所在的太阳系为例,地球大气层含氧量是24%,其他大部分则为氮气,而土卫六的含氧量高达98%,土卫五的含氧量高达70%,木星和土星也都含有少量的氧气,但仅仅占其星球大气层的百分之5~10%,但是这当中仅有地球适合居住,因为生物在星球居住的条件,除了氧气以外还与温度有非常大的关系。

另外从地球的产生条件,我们也可以确定太空中具有氧分子,只不过这种氧分子呈分散状态,并没有聚集成氧气。地球产生于宇宙的某一次重组,在形成之初各元素基本都已经固定,这些元素肯定是来自于宇宙的赋予,只不过地球在后期亿万年的发展当中,经过各种光合作用等,氧分子含量逐渐升高。宇宙当中类似于银河系的星系数以千亿个,而在这些星系当中又包含不计其数的行星,这些行星的存氧概率和地球相差不大,毕竟所有的行星都是来自于宇宙。以人类当前的技术,连我们所处的银河系都无法准确探知,更别提对遥远星系的研究,虽然氧气是地球生物赖以生存的根本,但不代表没有生物的星球就不具备氧气。
欢迎点击关注,留言一起探讨。


地理有意思


地球上竟然长期存在氧气,就没有人认真思考过为什么?氧气应该是最不稳定的,大自然中我们经常发觉各种氧化反应。莫说我们人类需要呼吸氧气才能存活下来,连铁等都跟人抢氧气发生氧化反应生成铁锈。

总之地球上的物变成氧化物才到最稳定态,所以不仅仅是动物和人类需要氧气,大自然所有物都需要氧气。

那么地球为什么能形成稳定的氧气生成系统呢?其实功劳应该归功于氮气。氮气才是形成初级生命的基础。没有氮气,地球根本不可能形成蛋白质。最初地球初级生命只有蓝藻蛋白,此生物特点需要吸收大量二氧化碳呼出氧气。后来二氧化碳被蓝藻吸收差不多了,自己也就被灭了。替代蓝藻的就是地球的植物,继续把二氧化碳置换为氧气。

所以地球真的太神奇了,居然可以存在不稳定氧气,且为21%,功劳回归于绿色植物。建议大家少吃肉,多吃蔬菜,培养蔬菜的商业价值。因为猪、羊、牛一样都和人类抢氧气,只有绿色植物是反的。


活的自在点


氧气只有地球才有吗?

即使气体状态的氧气也存在与很多天体的大气层中,只不过含量多少而已,比如木星大气层中氢气占到了90%,氦气大致为9%多,氧气以及其他气体等等加起来的含量不到1%,因为木星并无氧气生成与转化机制,因此这些天体中的氧气是不会增加的。

其实各位可能忽略了另一件重要的事情,仅仅认为行星上有氧这种元素是不对,宇宙中的元素加工厂-恒星从来都是非常慷慨,一直处在紧张的生产之中,氧元素的供应是源源不断啊,当然太阳这样的吝啬鬼有些过分,因为以太阳的质量起聚变元素之碳、氧后由于温度不够,无法再进行聚变,失去辐射压支撑后内核将坍缩成白矮星,外壳将随之烟消云散,扩散的星云中也会有氧,但绝大部分被白矮星据为己有,如果这颗白矮星不吞噬气体导致Ia型超新星爆发的话,这些氧元素将永远被锁死在这颗白矮星里!

其实可能咱已经说远了,太阳系的其他行星是否有足够的氧气才是我们比较关心的,太阳上再多的氧元素又有何用呢?我来看看其他行星上氧气含量如何:

水星大气氧含量:水星质量太小只有地球的5.5%,几乎没有大气,我们可以认为水星没有氧气

与月面无二致的天体,都不能称之为大气层

金星大气氧含量:金星的大气压是地球的90多倍,但二氧化碳气体占了绝大部分,其恐怖的温室效应导致金星表面温度高达460多度。

金星大气的成分,氧含量没法标识出来,几乎可以认为是0

火星大气氧含量:火星的大气压只有地球的1%,火星的那点可怜的大气主要是二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成!

土卫六(泰坦)的大气成分:土卫六大气的98.44%是氮气,另外还有大量不同种类的碳氢化合物残余(包括甲烷、乙烷、丁二炔、丙炔、丙炔腈、乙炔、丙烷,以及二氧化碳、氰、氰化氢和氦气)。

确实含量比较大的行星或者天体中唯有地球,当然地球并非天生就有氧气的,也是经过数十亿年的生物进化随之而来的,因为地球有一个氧气转化与生成机制,才保持了如今21%左右的比例!


星辰大海路上的种花家


答:当然不是,其他有大气的星球,或多或少存在氧气,只是远远没有地球大气的含氧量高(21%),比如火星大气含氧量约0.15%。


至于太阳系内,其他有大气的行星和卫星,含氧量更低;地球拥有较高的含氧量,主要是地球生物的主导作用,尤其是植物和一些能进行光合作用的微生物。



在化学物质中,氧气是一种化学性质非常活泼的气体,除金、铂、银等极少金属和稀有气体外,绝大部分单质都能与氧气发生反应,我们称之为氧化反应。



氧气的这种性质,决定了氧气在很多星球上无法大量存在,因为如果没有氧气的补充,星球上的氧气会逐渐被消耗掉,最终导致星球的含氧量接近于零。


在各种化学反应中,氧气的产生条件是苛刻的,唯有借助生物的光合作用,可以把太阳的能量部分储存于氧气的化学键中。



如果星球上氧气的消耗能与光合作用的产出相平衡,那么该星球的含氧量才能维持在较高水平;这也可以看出,高含氧量或许暗示着生命的存在,比如地球氧气首次剧增源于30多亿年前的蓝藻出现。


可惜的是,截至目前为止,科学家并没有发现有高含氧量的地外行星存在。





好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


氧气不是地球特有的,宇宙中其它地方与存在着氧气。

地球的氧气是某个超新星爆炸时抛洒出来的,当然了,除了氧气,凡是大于氢以上的元素都是这么来的。因为按照宇宙大爆炸理论,宇宙在冷却之后只能够形成氢元素,其它元素需要恒星发生核反应才能够形成。

而我们的太阳系,在最早的时候只是一片巨大的氢分子星云而已。不过后来距离这片星云不远处发生了一次超新星爆炸,导致了大量氢以上元素被抛洒出来,其中部分来到了太阳系星云。太阳系星云受到爆炸冲击波的影响,发生了坍塌,主要质量形成了太阳,其它物质形成了地球等八大行星。而地球上的碳、氧、金属元素等等都是来自于这次超新星爆炸抛洒出来的。

所以,既然超新星爆炸可以抛洒出来各种物质,那么广袤的宇宙中时不时就会发生超新星爆炸,因此其它地方也势必存在氧气。当然了,因为氧气的负电性比较大,所以很容易和氢气以及碳结合形成水以及二氧化碳。所以这些地方氧气含量的多少,可能会和地球有所差别。毕竟地球上有植物,可以进行光合作用把二氧化碳重新还原为氧气。


科学探秘频道


在太阳系中,我们的地球和其他星球相比最独特的地方之一就是它的氧含量了,氧气占了地球大气分量的21%,太阳系有大气层的其他星球的氧气含量都没有这么高,这也是地球上之所以有生命的最重要因素之一。


在太阳系八大行星中,距离太阳最近的水星基本没有大气层,更别谈上面的氧气含量了,水星外的金星的把脐橙倒是非常浓厚,然而基本都是二氧化碳,氧气含量极少,火星的大气层非常稀薄,星球表面大气压不到地球的1%,氧气含量大约为0.15%,然而这个比例基本上已经是是除地球之外最高的比例了,木星大气层中氢气占到了90%,氦气大致为9%,氧气以及其他气体等等加起来约1%,土星和木星类似,天王星和海王星也是以氢和氦为主,此外还有甲烷、氨气和水冰等,氧气所占的分量都极少,唯一拥有大气层的卫星土卫六则以氮气为主,分量占到了98%还多,其他主要是甲烷,乙烷,二氧化碳等。


那么为什么这些星球都几乎没有氧气,而只有我们的地球有那么多的氧气呢?其实主要是两个原因,首先就是氧是一种很活跃的元素,它很容易跟其他元素发生化学反应生成某种氧化物等,但这样的话,它就失去了氧气本该拥有的性质,比如我们的呼吸离不开氧气,但是二氧化碳,一氧化碳等氧化气体就不可以参与我们的呼吸活动。氧元素在宇宙中以及各大星球上本也是大量存在的,但是由于氧元素的活跃性,因此它大都是以化合物的形式存在。

我们都知道阳光照射下绿色植物的光合作用可以产生氧气,其实这个原因正是地球上有大量氧气的主要原因,当光合作用发生的时候,绿色植物可以吸收空气中的二氧化碳,将其分解成氧气和碳,并且将氧气释放出来,由于有大量的绿色植物共同来做这样的工作,所以地球上的氧气含量就很丰富了,地质学家认为,地球海洋中曾经出现过一段蓝藻爆发期,它们就释放了大量的氧气,最丰富的时候逼近大气层气体含量的40%呢!

由于其他星球上并没有地球上这种氧气生成与转化机制,所以那些星球上的氧气含量就很少了,而火星上之所以有0.15%的氧气含量,很可能是因为火星上面曾经有过生命,比如像地球这样出现过大量的绿色植物,因此产生了大量的氧气,但是后来火星变得不再适合生命生存之后,氧气与其他元素发生化学反应成了化合物,于是含量越来越少,但是还剩下了0.15%的残余含量,这个数值或也体现了火星上曾经有过生命的可能性。



科普大世界


科学家曾在距离地球130多亿光年的星系中,发现了氧的存在,是人类找到的最远的有氧区。氧气性质活泼,在自然界难以稳定存在,多和其他物质发生氧化反应,以化合物的形式存在。宇宙中氧的存在也成为搜寻外星生命的一个途径。


地球大气中原本也是没有氧气存在的,但存在氧元素,直到单细胞藻类植物出现后,地球大气才逐渐充斥氧气,然后又推动了生物向着能够利用氧的类型转变。氧气最终又在地球环境中,产生出臭氧,臭氧的存在可以过滤太阳光中的紫外线,使地球生命得以在陆地环境中存在。

在最初的宇宙中,因为环境温度高、活动剧烈,宇宙中只有一些基本粒子存在,随着宇宙的膨胀和冷却,电子、质子形成,然后又逐渐合成原子,而氢原子只有一个电子一个质子,因此在宇宙中普遍存在。宇宙物质在引力的作用下逐渐聚集,形成恒星,恒星的巨大引力又使得氢元素原子发生聚变,生成更重的原子,氧元素原子也能被制造出来。


而恒星的聚变在形成铁元素后,恒星就不能稳定存在。因为到铁之后,物质要想再发生聚变反应,就要吸收大量能量。恒星聚变产生释放的能量的推力不能平衡恒星对物质的引力,发生超新星爆发,爆发产生的大量能量,又使得为铁的聚变反应提供了能量,比铁更重的元素原子就被制造了出来。


分享到:


相關文章: