氧

地壳中最多的化学元素是氧，在地壳的含量为48.6%。氧是地壳中最丰富、分布最广的元素，也是构成生物界与非生物界最重要的元素。

在地壳中最多的化学元素是氧，它占总重量的48.6%；其次是硅，占26.3%；以下是铝、铁、钙、钠、钾、镁。丰度最低的是砹和钫，约占1023分之一。上述8种元素占地壳总重量的98.04%，其余80多种元素共占1.96%。

氧（Oxygen），元素符号O，位于元素周期表第二周期ⅥA族。1774年英国科学家约瑟夫·普里斯特利（J.Joseph Priestley）用透镜把太阳光聚焦在氧化汞上，发现一种能强烈帮助燃烧的气体。安托万-洛朗·拉瓦锡（Antoine-Laurent de Lavoisier）研究了此种气体，并正确解释了这种气体在燃烧中的作用。氧是地壳中最丰富、分布最广的元素，也是构成生物界与非生物界最重要的元素，在地壳的含量为48.6%。单质氧在大气中占20.9%。

构成有机体的所有主要化合物都含有氧，包括蛋白质、碳水化合物和脂肪。构成动物壳、牙齿及骨骼的主要无机化合物也含有氧。由蓝藻、藻类和植物经过光合作用所产生的氧气化学式为O2，几乎所有复杂生物的细胞呼吸作用都需要用到氧气。动物中，除了极少数之外，皆无法终身脱离氧气生存。但是对于厌氧性生物比如破伤风杆菌来说，氧气是有毒的。这类厌氧型生物曾经是早期地球上的主要生物，直到25亿年前氧气开始在大气层中逐渐积累。氧元素的另一个同素异形体是臭氧。在高海拔形成的臭氧层能够隔离来自太阳的紫外线辐射。但是接近地表的臭氧则是一种污染，这些臭氧主要存在于光化学烟雾中。

氮是空气中最多的元素，它在自然界中存在十分广泛，但是在地壳中的含量却很低。自然界中绝大多数的氮都是以氮气的形式存在于大气中，通过氮循环进入到各个系统。此外，氮在生物体内的作用也是极大，它是参与氨基酸组成的基本元素之一。

我们将自然界中氮单质与含氮化合物之间相互转换过程的生态系统物质循环称为氮循环。氮循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分，它很容易因为人类活动新增的“活性”氮而严重失衡，水体富营养化、酸化、温室气体排放等环境问题有一部分便是因此而来。

由于氮气非常的稳定，化学性质极其不活泼，需要在高温高压以及催化剂的环境下才能。还记得化学课本里提到的知识吗？自然界中氮的固定分为非生物固氮和生物固氮。非生物固氮的方式有两种，一种是通过闪电放电的形式使氮气和氧气反应转化为一氧化氮，一氧化氮能和氧气生产二氧化氮，二氧化氮易溶于水，便会生成硝酸，而硝酸再通过与钾、钠、铵等一系列金属反应生成硝酸盐被大自然利用。另一种是通过水电解生成氢气，氮气与氢气在高温放电的条件下反应生成氨气，氨气遇酸氧化得到铵盐被大自然利用。生物固氮则是通过固氮微生物直接将氮气还原为氨和铵盐。

讲完了氮气如何变为含氮化合物，接下来给大家说说含氮化合物又是如何变为氮气的。

植物可以吸收土壤中的铵盐和硝酸盐并将这些无机氮同化成有机氮，动物通过间接或直接以植物为食，将植物体内的氮同化为动物体内的有机氮，这一个过程被称为有机氮的合成。动植物的遗体、粪便中含有的有机氮化合物会被微生物分解形成氨，这个过程被称为氨化。土壤中的氨和铵盐在有氧的环境下会被硝酸菌氧化为硝酸盐，这个过程被称为硝化。氨化和硝化产生的无机氮能够继续被植物体吸收利用。在缺氧的情况下，反硝化菌会将硝酸盐还原成亚硝酸盐，最后还原成氮气返回到大气中。

当然，氮循环可不是仅仅发生在土壤之中。经过固氮后的无机氮化合物也会通过一系列的方式进入到水中，那么，水中的氮又是以什么形式存在的呢？氮循环失衡对水体又会有哪些危害呢？敬请期待下期——氮的那些事儿（二）

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