なぜ空気中に窒素あ80%もあるのか

Question

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。

heichan · Accepted Answer

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。

seiga · Answer

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.html

takawasihayabusa · Answer

『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

なぜ空気中に窒素あ80%もあるのか

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。

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。

『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。

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