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 なぜ空気中には窒素が80%近くもあるか。

 酸素が多すぎ(60%以上)ると酸素中毒になるとか、窒素が多すぎると、文字通り窒息死する、というところまでは分かったのですが、なぜ、地球上には窒素がこんな(約80%)にも多いのでしょうか。
 もっと酸素の割合が多くてもよさそうなものですが。

 『酸素が約20%+窒素約80%』前後というのが、生態系において、最も快適あるいは都合のいいバランスなのでしょうか。


 どうか教えてください。

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A 回答 (3件)

たぶん、ですが窒素の量は最初から決まっているんでしょうね。


堆積岩などに閉じ込められる分も多少はあるのかもしれませんけど。

で、酸素のほうですが、何億年というスパンで見ると酸素濃度はそれなりに上下しているようです。
古生代は酸素が現在の2倍近くあって、昆虫や動物は現代より活発に動き回っていたなんて話も聞きます。現代では考えられないような巨大なムカシトンボなどが飛べたのも、ひとえに生体が豊富な酸素を使えたから‥という話です。
逆に火山活動や気候変動の影響で酸欠気味の時代もあったようです。

窒素はどうか分かりませんが、酸素・炭素については、海に溶けたり、鉱物に形を変えたり、空気中の炭酸ガスになったり、いろいろなので生態系・気候・太陽活動などのバランスで酸素や二酸化炭素の濃度は上下してもおかしくはないはずです。
いずれにせよその都度適応した生物が栄えた訳でしょう。

あと酸素が多すぎると何でもかんでも燃えやすくなるので、山火事などで酸素が消費されて、結局それほど濃度はあがらない‥という話も聞いたような気がします。

何だか自信なさげな回答で恐れ入りますが。
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この回答へのお礼

 将来的にも、空気の成分比率は変わっていく、という事ですね。
 回答ありがとうございました。

お礼日時:2002/05/24 02:18

最近生態学の講義の中で聴いた話なのですが、植物にとって酸素の最適濃度は1~2%程度で現在の約21%というのは植物にとって高すぎらしいです。


また二酸化炭素の量は植物にとって少くて今の2倍程度の量が最適らしいです。

地球大気の組成の進化に関して諸説はあるのですが、一つに火山ガスによる形成というのがあります。
二酸化炭素の多くは水中に溶けていたり石灰岩などの炭酸塩岩石として存在しています。大気中に存在する量はほんの少ししかないのです。
これらの大気中に存在しない二酸化炭素を全て大気に放出し地球表面の水と氷を水蒸気にしたとすると、大気圧は300気圧以上にもなる。
この時大気に存在する成分を考えてみると水蒸気・二酸化炭素・窒素・アルゴンの比は90.7%、9.1%、0.2%、0.002%となる。
地域や火山の形式などによって火山ガスに成分比にばらつきはあるものの、だいたい上記の比に火山ガスの成分比が一致する。
このような過程で大気が形成された説があります。
大気中に含まれる水蒸気が飽和状態になれば、雲が形成され、雨となり地表に降り注ぐ(原始の海の誕生)。この時の大気は二酸化炭素と窒素が主で今の金星や火星の組成と似ていたと考えられている。
生物がなんらかの形で発生すると、生物の作用によって二酸化炭素が海底に固定されていく(石灰岩など)と同時に光合成によって大気中の酸素は次第に増えはじめた。
生物が陸上に進出しはじめたころの(6億年前ぐらい)大気中の酸素濃度が1%程度であることから植物の酸素適正濃度が1~2%というのは納得はいく。まぁオゾン層形成もあるわけですが。
生物だけでは大気中の酸素濃度は限りなく増えそうですが、ある程度の濃度になると自然火災が発生しやすくなったり(陸上は植物で覆われていた)火山などにもよって調整はされていったのでしょう。

植物にとっての酸素適正濃度が上記のとおりなら自ら排出する酸素によって自らを苦しめているかたちとなるが、自らを焼くことや(?)動物が存在することでその問題を解決しているのでしょうかね。
逆に動物は自ら排出する二酸化炭素によって自らを苦しめる形となってはいるがそこは植物がいるから大丈夫なんでしょうね。
生態系は非常に複雑だけど非常に巧妙になりたっていますね・・・。
まぁ人類は許容範囲外の二酸化炭素を排出し始めましたが。

また窒素はもともと単体(N2)では安定しており(他の物質と反応しにくい)水に溶けにくい性質があるため、初期に生成されたまま大気中に残っているものだと思います。逆に窒素の化合物は水に溶けやすく、分解しやすいため鉱物としてはほとんど存在していません。

話が複雑で長くなりすみません。

参考URL:http://members.jcom.home.ne.jp/i-health/seimeisi …
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この回答へのお礼

ポイント付与が遅くなり、申し訳ございません。
回答ありがとうございました。

お礼日時:2002/05/24 02:16

 『酸素が約20%+窒素約80%』前後というのが、生態系において、最も快適あるいは都合のいいバランスなのでしょうか。

ではなく
 『酸素が約20%+窒素約80%』前後というのが、生態系において、生き残れた生物が繁殖した
が正しいのでは
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この回答へのお礼

 今の空気成分比率が変わると、生態系が変わるんですね。
 果たして、人間は残れるのだろうか・・・(笑) 
 回答ありがとうございました。

お礼日時:2002/05/24 02:19

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Q窒素が多い理由

窒素ってなんで空気中で一番割合が高いんですか?
主にどのような場所で発生?するのでしょうか?
ふと気になったので^^;
誰か知っている人がいたら教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

地球上に存在する元素を重量パーセント順に並べたものがクラーク数ですが、
1位の酸素は49.5%で、それに対し窒素は16位の0.03%です。
ちなみに大気は地球の総重量の0.03%ですので、
窒素はほとんどが大気中に存在することになります。

ところが、酸素は反応性が極めて高く、
鉱物とすぐに酸化物を作ってしまい(鉄などだと錆ですね)、
主に地殻中に存在するわけです。
対して窒素は反応性があまり高くないため、
大気中にそのまま存在します。
アルゴンが大気中に1%存在し、
大気中元素の第3位を占めるのも同じ理由です。

窒素は、従ってあまり「発生」しません。
ただし、ある種の細菌は、窒素を反応させて水に溶けやすい形に変え、
それを植物が吸収します。
そして、それを動物が食べることで、我々の体に窒素が供給されます。
(蛋白質は主に炭素、酸素、水素、窒素で構成されるため、生物には窒素は必須です)
ですので、動物の死骸が細菌等によって分解される際、
窒素が大気中に再び戻るわけです。

それでは、現在地球上に存在する窒素はどこから来たかといいますと、
太陽系形成の際、宇宙に薄く広がっている元素を、
地球の元となる塊が重力で拾い集めた際に得られたものです。
それも元はといえば、
昔太陽系付近にあった大きな星が超新星爆発をした際に、
核融合によって合成され、
それがばらまかれたものです。

地球上に存在する元素を重量パーセント順に並べたものがクラーク数ですが、
1位の酸素は49.5%で、それに対し窒素は16位の0.03%です。
ちなみに大気は地球の総重量の0.03%ですので、
窒素はほとんどが大気中に存在することになります。

ところが、酸素は反応性が極めて高く、
鉱物とすぐに酸化物を作ってしまい(鉄などだと錆ですね)、
主に地殻中に存在するわけです。
対して窒素は反応性があまり高くないため、
大気中にそのまま存在します。
アルゴンが大気中に1%存在し、
大気中元素の第3位を占め...続きを読む

Q空気中の酸素濃度が増えたら?

空気中には酸素が2割程度含んでいるらしいです。
仮定の話ですが、
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未熟児の保育器には酸素が多すぎると脳に障害が出るらしいですが、
分かる方があれば想像でも良いので教えてください。

Aベストアンサー

酸素はヘモグロビンで運ばれ、このシステムは20%用に出来ているので、酸素濃度が増えても、血液に物理的に溶解する分がヘンリーの法則に従って増えるだけで体内に取り込まれる量は思った程には増えません。ただし、酸素を過剰に取り込むと活性酸素というのが増え、いろいろ悪いことが起こります。一次都会のあちこちにあった酸素バーがこの話の影響で、すっかりはやらなくなりました。未熟児の問題は、脳障害より主として網膜が広がらなくなる眼の問題です。

 それより、住環境として山火事で森林は全滅、接触程度の軽微な交通事故で鉄まで燃えだしますので、あっという間に少なくとも脊椎動物は全滅すると思いますよ。窒素様々です。下記の本も参考になります。

 ところで、so-tyannさんの「100年前は空気中の酸素は23%~24%あったとされ、」は間違いです。18世紀のファラデー著の「ローソクの科学」にも酸素は2割と書いてあります。酸素濃度の変化とその生物への影響は文藝春秋の「恐竜はなぜ鳥に進化したのか 絶滅も進化も酸素濃度が決めた」に詳しく書いてあります。

mudaoradora さんの「二酸化炭素も毒ですよ.30%とかで危険」も30%は間違い、わずか7%で炭酸ガスナルコーシスのため数分で意識を失います。アポロ13でCO2濃度を気にしてるのもこのためですし、昔サツマイモを保存する目的で畑に
掘っただけで蓋もしてない穴で子供がよく中毒死したのもこの濃度だからです。保健所で不要ペット殺すのに使っている毒ガスは炭酸です。

酸素はヘモグロビンで運ばれ、このシステムは20%用に出来ているので、酸素濃度が増えても、血液に物理的に溶解する分がヘンリーの法則に従って増えるだけで体内に取り込まれる量は思った程には増えません。ただし、酸素を過剰に取り込むと活性酸素というのが増え、いろいろ悪いことが起こります。一次都会のあちこちにあった酸素バーがこの話の影響で、すっかりはやらなくなりました。未熟児の問題は、脳障害より主として網膜が広がらなくなる眼の問題です。

 それより、住環境として山火事で森林は全滅、接...続きを読む

Q窒素は呼吸で吸引後どこに行く?

たしか窒素って空気中の空気分子の80%くらいを占めていましたよね
そんなにあるなら当然呼吸として人体に入ってきてると思うのですが
あんまり活用されてるとは思えないので、呼吸として入った後はどこに行ってしまうのか?
教えてください。

Aベストアンサー

 こんばんは。聞きかじりですが……

 人間は常に呼吸しています。酸素を吸って、炭酸ガスを吐いています。おっしゃるとおり、空気の約2割は酸素で空気の残りの8割は殆ど窒素です。人間が窒素を吸っても、そのまま出て行きます。

 でも、不思議なことなんですが、人間をある密封容器の中に入れて、容器の中から窒素をいくらか抜き取り、まわりの空気が通常時の空気よりも窒素量が低い状態にしてみますと容器中の窒素は外側から補われることがないにもかかわらず、容器中の窒素量の割合は通常と同じく元通りになるそうです。
 ということは人間の内部から窒素が補充されたということになります。人はこれまで慣れ親しんできた通りの量の窒素がまわりにできるように、自分の持っていた窒素を空気中に放出するということです。人は身体の内部と、人を取り囲む窒素との間に正しい平衡関係を作り出さなければならないからだそうです。外部の窒素量が不均衡に少ないことは人にとって許されないことなのです。窒素を呼吸するという必要は無いのかも知れませんが、窒素は人にとって大切なもので、空気中に存在するだけの量の窒素がどうしても必要なのだそうです。
 自然あるいは人間って不思議ですね。ん~

 こんばんは。聞きかじりですが……

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 でも、不思議なことなんですが、人間をある密封容器の中に入れて、容器の中から窒素をいくらか抜き取り、まわりの空気が通常時の空気よりも窒素量が低い状態にしてみますと容器中の窒素は外側から補われることがないにもかかわらず、容器中の窒素量の割合は通常と同じく元通...続きを読む

Qリベラルとは?

・左派、革新、社会主義
・右派、保守
という分類ができると思うのですが、
リベラルや自由主義は、どう考えたらいいのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 政治思想は、下記のXY軸に表す事が出来ます。(リベラルを日本語に訳したのが「革新」あるいは左派です。)

 Y軸 Libertarian(自由・市場主義 = 小さな政府) - Statist(統制主義 = 大きな政府)
 X軸 Liberal(革新) - Conservative(保守)
 真中 Centrist(中間主義)

 各派の解説は下のURLの解説部分を参照してください。
   http://meinesache.seesaa.net/category/719933-1.html

 自由主義と言うとリバタリアンの範疇になりますが、アメリカの政治に例えると、レーガン大統領より前の共和党政策が旧保守主義(右派リバタリアン)で、それ以後を新保守主義(ネオコン)といい保守と名乗っていますが、実態は左派リバタリアン(左派が保守に転換し、現状を保守する為に革新的手法(戦争など過激な改革を許容する)を執ると言う主義)です。

 自由主義の反対となる統制主義も左派だと共産主義や社会主義、比べると右派に成るイギリスの「ゆりかごから墓場まで(高福祉政策)」などが有ります。

 簡単に言うと、積極的に変えようとするのが左派で、変わらないように規制するのが右派です。そして変える方向(変えない方向)が自由か統制かで分類できます。

 日本には明確に保守を謳う政党が無いので、イメージがわき難いのかも知れませんが…。
 (自民・民主党は中道で、共産党は左派統制主義ですから…。)

 政治思想は、下記のXY軸に表す事が出来ます。(リベラルを日本語に訳したのが「革新」あるいは左派です。)

 Y軸 Libertarian(自由・市場主義 = 小さな政府) - Statist(統制主義 = 大きな政府)
 X軸 Liberal(革新) - Conservative(保守)
 真中 Centrist(中間主義)

 各派の解説は下のURLの解説部分を参照してください。
   http://meinesache.seesaa.net/category/719933-1.html

 自由主義と言うとリバタリアンの範疇になりますが、アメリカの政治に例えると、レーガン大統領より前の共...続きを読む

Q呼吸時の酸素と二酸化炭素の出し入れ

息を吸う時は主に酸素を吸って、息を吐く時は主に二酸化炭素を吐くみたいですが、どうして酸素が二酸化炭素に変わったのでしょうか?
普通に考えたら吸った酸素はそのまま吐き出される気がするのですが・・・

Aベストアンサー

そもそも、この質問を考えるには、人はなぜ酸素を吸うのか、吸った酸素で何をするかを知っていなくてはなりません。

酸素と二酸化炭素の運搬の化学的な説明はほかの方がされているので省きます。

人が酸素を吸う理由:
生きていくためのエネルギー、具体的にはATPを得るためです。
赤血球から運搬されてきた酸素は全身の細胞に運ばれます。そして、細胞が保有する糖分や脂肪分と結合します。
このとき「解糖系」「クエン酸回路」「水素伝達系」という3段階の反応が起きます。細かく説明するとややこしいし長くなるので、興味があればご自分で検索するか専門書で調べてみてください。

大雑把に説明すると、糖分や脂肪分と酸素が化学反応を起こして結合すると、エネルギーがでます。これは化学的には燃焼と同じ反応です。通常の燃焼なら発生したエネルギーは熱や光、場合によっては衝撃波などの形で放出されますが、細胞内では、化学エネルギーの形に変換され、具体的にはATPという物質を作るのに使われます。
ATPは人が生きていくための基本的なエネルギー源であり、「エネルギーの通貨」とも例えられます。筋肉が動くのも、神経が情報伝達するのも、内臓が働くのも全てATPが保有する化学エネルギーを利用しています。

そして、エネルギーを生み出すのに使われた糖分と脂肪ですが、これは酸素と結合して酸化され、最終的に水と二酸化炭素にまで分解されます。
水の水素と二酸化炭素の炭素は糖分や脂肪由来です。この二酸化炭素は細胞から血液によって肺に輸送され、呼気として放出されます。

これは非常に大雑把な説明で、実際はもっと複雑です。
まだ疑問点があれば補足してください。
では、失礼しました。

そもそも、この質問を考えるには、人はなぜ酸素を吸うのか、吸った酸素で何をするかを知っていなくてはなりません。

酸素と二酸化炭素の運搬の化学的な説明はほかの方がされているので省きます。

人が酸素を吸う理由:
生きていくためのエネルギー、具体的にはATPを得るためです。
赤血球から運搬されてきた酸素は全身の細胞に運ばれます。そして、細胞が保有する糖分や脂肪分と結合します。
このとき「解糖系」「クエン酸回路」「水素伝達系」という3段階の反応が起きます。細かく説明するとややこしいし長くな...続きを読む

Q有機物と無機物の違いはなんですか?

稚拙な質問ですいません。
有機物の定義とはなんでしょうか?
無機物とどこで線が引かれるのでしょうか?
有機化学と無機化学の違いはなんですか?
髪の毛は有機物?無機物?
ご教授ください

Aベストアンサー

有機物とは基本的に生物が作るもので炭素原子を含む物質です。また、それらから派生するような人工的で炭素を含む化合物も有機物です。ただ、一酸化炭素や二酸化炭素は炭素原子を含みますが無機物に分類されます。
無機物とは水や空気や金属など生物に由来しない物質です。

Q空気が酸素と窒素に分かれないのはなぜ?

食べ物の酸化を防ぐ保存方法で二酸化炭素を入れることを教わりました。
分子量が44で空気より重いので、ドライアイスを容器に置いておけば、下にたまるそうです。
でも、よく考えてみると酸素は16×2で32。窒素は14×2で28。酸素の方が14%も重いのに酸素は下にたまらないですよね?
部屋の天井付近で酸欠になる事ってないですよね。
アリが二酸化炭素中毒で死んだってのも聞いたことないですよね。
もっと深刻に考えると、植物の保存のしかたで発生することのある一酸化炭素って軽いから上にいくって言う人もいるけど、28だからそんな事ってないですよね。
高い山の上って酸素が少ないけど、これって酸素と窒素が分かれて窒素ばかりってわけではないですよね?
だとすると、気体は分子量の差で分かれるわけではないってことでしょうか?
もしかすると、一定温度で風が入らない箱を何日間もそっと置いとけば、酸素が下にたまっているのでしょうか?

Aベストアンサー

均一に混ざったものが、自然に分離してくることはありません。難しい言い方をすれば、エントロピーが減少する方向には変化しないと言うことになりますし、大げさな言い方をすれば、これが自然の摂理ともいえます。

ドライアイスの場合には、まず、二酸化炭素の分子量が大きいこともありますし、発生した二酸化炭素が冷たくて密度が大きくなっていることも無関係ではないでしょう。そのために、空気よりも密度がかなり大きくなっています。
したがって容器などの底にたまりやすく、たまった二酸化炭素は、撹拌しなければ、空気とは混ざりにくいということです。
しかし、混ざるのが遅いというだけで、混ざらないわけではありませんので、かき混ぜれば、簡単に混ざり合いますし、長期間放置しておくだけでも混ざり合います。
ひとたび混ざり合えば、「自然に」分離してくることはありません。

Q空気中の酸素と窒素の比率が逆転したらどうなりますか?

空気中の酸素と窒素の比率が逆転したらどうなりますか?
私たちは生きていけますか?

Aベストアンサー

空気中の酸素濃度が70%代で安定している状態とは、草原・森林などが自然火災で消失して完全砂漠状態ですね。
地上の昆虫や草食動物は食糧危機で絶滅しているでしょうし、草食動物を捕食する肉食動物も次に絶滅し、動物に寄生する菌類なども大量絶滅しているでしょう。現在でいうと砂漠の土中に住んでるサソリみたいのがたくましく生き残っているのかもしれません。

火災が起こりにくい水中だけは植物が繁茂して、その植物を捕食する魚類、両生類、哺乳類が繁栄しているかもしれませんね。地球は三分の二が海水に覆われていると言う事ですから、三分の一が不毛の砂漠で、三分の二の海に豊かな生物が繁殖しているのかもしれません。

水生の哺乳類などは空中での呼吸効率が改善するので、一度の呼吸で潜水できる時間が延びるかもしれません。ただ空気中の酸素濃度の影響を受けて水中の酸素濃度も上昇しているのでしょうから、エラ呼吸の海中生物含めて酸素の影響で細胞の破壊が進んで個体の寿命が短くなっているかもしれませんね。

「私たち」という言葉が指す範囲が誰なのか、人類=ホモサピエンスなのか、それとも哺乳類を「私たち」と呼んででいらっしゃるのか不明ですが、少なくともホモサピエンスにとって快適な環境ではなく、地上の哺乳類も大半が絶滅し、一部の対応能力を備えた新種にとってかわられているのではないでしょうか。

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Q元素と原子の違いを教えてください

元素と原子の違いをわかりやすく教えてください。
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難しい話は、抜きにして説明します。“原子”とは、構造上の説明に使われ、例えば原子番号、性質、原子質量などを説明する際に使われます。それに対して“元素”というのは、説明した“原子”が単純で明確にどう表記出来るのか??とした時に、考えるのです。ですから、“元素”というのは、単に名前と記号なのです。もう一つ+αで説明すると、“分子”とは、“原子”が結合したもので、これには、化学的な性質を伴います。ですから、分子は、何から出来ている??と問うた時に、“原子”から出来ていると説明出来るのです。長くなりましたが、化学的or物理的な性質が絡むものを“原子”、“分子”とし、“元素”とは、単純に記号や名前で表記する際に使われます。

Q空気組成成分の割合と気圧について

密閉容器の中で、窒素・酸素・二酸化炭素の量の割合を変えると、中の気圧も変化するのでしょうか。

『気圧=空気の質量』と考えて間違いないでしょうか。

ご教示よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

No2でも書きましたが、ガスの質量(重さ)と気圧は関係ありません。

具体的にどうなるか極端な例をあげますと、
3リットルの容器に、窒素、酸素、二酸化炭素を
それぞれ1リットルづつつめた場合と、
窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを
3リットルつめた場合で圧力は同じです。

一方、3リットルの容器に、窒素、酸素、二酸化炭素を
それぞれ1kgづつつめた場合と、
窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを
3kgつめた場合は圧力は異なります。
最も圧力が高くなるのは、窒素で、
次いで酸素、二酸化炭素の順となります。
割合でやっても同様の結果になります。

もしよろしければ、
どういういきさつでこの疑問がわいてきたかを
補足にでも書いていただけませんでしょうか?
もっと分かりやすい説明ができるかもしれません。


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