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もう一度質問させてもらいますが、
今私たちが吸っている空気には
窒素が含まれていますが、光合成では
窒素はできないですがどこから窒素は
やってきてるのでしょうか?

A 回答 (5件)

最初に、言われなくてもお分かりかもしれませんが、確認のため「元素としての窒素」と「分子としての窒素」では話が大幅に変わりますので、今回の内容的に分子としても窒素がどうできたのかという話をします。


分かりやすいように、文中で元素として言葉を使うときは○○原子と表記しますので、区別しながらお読みください。



まず、星間ガスと言って星と星との間に漂っているガスの主成分はH2(水素)、He(ヘリウム)がほとんどで、少量のCO(一酸化炭素)、H2O(水(水蒸気))、NH3(アンモニア)、HCHO(ホルムアルデヒド)、HCN(シアン化水素)となっています。
地球ができた当初はこの星間ガスとほとんど変わらない大気だったと考えられています。

窒素が無いじゃないかと思われるかもしれませんが、分子はなくても窒素原子(N)は、アンモニアやシアン化水素に含まれています。

この星間ガスと同じ状態は、そんなに長く続きません。
なぜなら気体はガスによって重さが違うため、地上から宇宙空間に向けて重い順に層になるからです。
一番軽いのは水素(H2)とヘリウム(He)でこれらは、最上層に行った後に軽さゆえに太陽風(太陽から出ているプラズマの風のようなもの)で吹き飛ばされてしまい、主成分だった彼らは大幅に濃度を落としました。

水素(H2)が少なくなったことにより、不安定な一酸化炭素(CO)が水(H2O)から酸素原子(O)を奪い、二酸化炭素(CO2)と水素(H2)になりました。
また、当時の大気は高温だったことからアンモニア(NH3)が分解されて窒素(H2)と水素(H2)になりました。
ここでやっと「分子としての窒素」が出てきます。

そして出来上がった水素(H2)は再び宇宙に散逸してしまい大気は二酸化炭素(CO2)、水蒸気(H2O)、窒素(N2)となりました。

星ができたばかりで高温だった大気の温度が下がってくると、水蒸気(H2O)が凝結して雨となり、原始の海を作ります。
さらに二酸化炭素(CO2)は水(H2O)に溶けやすいので込んでしまい、大気は残った窒素が多くの比率を占めるようになりました。
窒素はとても安定した分子なのでなかなか壊れにくく、この時のものが今も安定して残っているというわけです(もちろん窒素固定などで生物も利用するので、まるまる残っているわけではない)。



ちなみに「光合成」はこの大量に水に溶け込んでいる二酸化炭素(CO2)から炭素原子(C)を取り出して、体の材料やエネルギーに変えるためにできた仕組みです。
酸素(O2)はこの時の副産物で、いわば「うんち」みたいなものです。
最初は酸素が生み出されても海中に存在した鉄元素(Fe)を酸化させて海底に沈んだので問題にならなかったのですが、鉄元素(Fe)が酸化されつくされると、海中の酸素(O2)濃度が高くなります。
当時の生物には酸素(O2)は体を壊す猛毒なので(今でも高濃度酸素は私たちにも毒性があります)、多くの生物が生きられなくなる中、酸素が他の物質を酸化するときに出るエネルギーを活動に用いることができるようになります。
それが今の私たちの祖先です。

光合成は中学まででは「酸素を作るため」のように習いますが、正確には「体を作るため」「エネルギーを得るため」のものであり、「酸素は副産物」なのです。
酸素呼吸はかなり効率が良いので今地球上でもっとも一般的な呼吸ですが、最初は酸素はただの「毒」であり、今でも濃度が高すぎると「毒性」を発揮するということもついでに覚えておいてください。
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ガス状の原子又は分子は水素、ヘリウム、二酸化炭素、アンモニア、水、フッ素、塩素


窒素、酸素、アルゴンですが水素、ヘリウムは軽すぎて地球の外に逃げてしまいました。
アンモニアは人が作ったものです。フッ素や塩素は特に金属と反応しやすいので固体に屋液体になりました。残ったのは窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気、アルゴンです。
最初は全てあったのですが上記の理由で窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気、アルゴンが
今も残っています。
水蒸気を除いた、体積比が窒素:酸素:アルゴン:二酸化炭素=
78.084%:20.9476%:0.934%:0.032%
になった理由は分かっていません。
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答えを知らないのに回答しています。


私が過去に疑問を抱いたのは、地球上の物質総量の元素の比率は、宇宙全体での比率と同じなのではないかと思ったことでした。

当時、インターネットで調べてみましたが、、どうもそうらしいということまでしか分かりませんでした。我々素人の疑問に対する答えはないようです。
ウィキに載っている窒素循環は、空気中の不活性な窒素総量と比較するとたいした量ではないような気がしていますが、これについても答えはわかりません。

なお、空気中の窒素が活性化して他の元素と反応するのは極めて限られた条件の時で、地球上で太古からあるのは雷や火山の爆発。産業革命以後はガソリンエンジン、ジェットエンジン、爆発など限られています。窒素循環は活性化した窒素のその後でしかないので、質問者様の興味の対象外だと思います。
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動物やプランクトンが腐るとそれが色々とあって窒素になっていきます。

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https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%AA%92%E7%B4%A0 …
窒素循環をごらんください
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