追寻生命的起源, 闪电和生命

酸雨并不总是有害的,有几种酸雨对保护陆地生命起着积极的作用。已做过的一些实验显示,一些酸雨比我们所想的还要更有利于生命的产生

让我们来看看它是如何起作用的

在所有生命组织的关键分子中可以找到的重要元素之一是氮。氮存在于土壤中,是“硝酸盐”矿物质的一部分。各种硝酸盐都非常容易溶解,这意味着植物从土壤中吸收水分,也同时吸收了这些水中所含的一点硝酸盐。植物用硝酸盐作为原材料形成对生命至关重要的含氮化合物,如众所周知的蛋白质和核酸

以植物(或以吃植物的动物)为食的动物把这些蛋白质和核酸分解成简单的单元,吸收后再重建自己的蛋白质和核酸

所有陆地生命都依赖于土壤中的这些硝酸盐。然而,由于硝酸盐易溶于水,雨水可把它们携带到溪流和河流中去,最终进入大海。所有的硝酸盐最终将会流失。虽然生命会在硝酸盐不断聚集的海洋中持续发展,但陆地将会变成荒凉贫瘠的沙漠,除非硝酸盐能够得到补给

地球大气层的五分之四是由纯氮组成的。如果一些氮被固定住,即与其他元素相结合,它就能被植物所利用。然而,氮却喜欢独立,要与其他原子相结合是极为困难的

然而土壤中依然存在硝酸盐,它们显然得到了补给。这是怎么回事呢?首先人类已经知道如何大量保留氮,即用硝酸盐生产肥料,然而这仅仅是最近的事。这种技术大约是在75年前才发展起来的,那么在这之前生命是如何维持的呢?

实际上,有一种具有特殊本领的细菌,它可使空气中的氮与其他元素相结合。这种细菌叫“固氮细菌”,特别在与豆类植物,如豌豆和豆角的根部相连的根瘤中可以找到。这种细菌对于所有生命(包括人类)都至关重要

然后还有闪电。当空中闪电时,它会在片刻间把周围的空气加热到一个极高的温度。空气立即会冷却下来,但在其变冷之前,热量迫使空气中的氮和氧相结合,形成二氧化氮。它溶于水中(通常在闪电时会下雨)形成硝酸,这便产生了一种酸雨。当硝酸抵达地面时便转化为硝酸盐,这就有助于使土地肥沃并使陆地生命能够存在下去

人们曾经认为土壤中硝酸盐的10%与闪电有关,这个数据是在实验室通过研究被激发的闪光得出的。然而,新墨西哥州矿产和技术研究所的两位美国科学家,爱德华·弗朗兹布劳(Edward Franzblau)和卡尔·波普(Carl Popp),把自然界作为实验室。他们最近研究出一种方法,用于计算在暴风雷雨天气时由闪电形成的氧化氮的数量

在研究过60次闪电之后,他们计算得出每一次闪电可产生大约10^27 个二氧化氮分子。这大约有100磅重。平均来讲,大概每秒钟有100次闪电袭击地球。这意味着每秒钟闪电可产生5.5吨的二氧化氮。弗朗兹布劳和波普的计算结果意味着,闪电向地球提供的氧化氮不是生命所消耗的10%,而是50%

这确实令人印象深刻(假定他们的观测和计算正确无误),并且确实使我们对闪电有了新的理解。闪电虽然很危险,比如造成人员伤亡和引起森林大火,但是它们所做的益事看来要远大于它们所引起的灾难

如果闪电所形成的酸雨对生命如此重要,那么为什么“酸雨”一词变得那样的可怕呢?它为何成为一个杀手了呢?

我们所恐惧的酸雨是由燃烧含有硫和氮原子的不纯的煤所造成的,这是原因所在。人为的酸雨不仅含有硝酸,而且还含有硫酸。硫酸是非常有害的,它不是闪电酸雨的组成成分

另外,人为酸雨要比闪电酸雨酸性强得多。它落在哪里,哪里就会出现过量的酸。正是这些过量的酸使森林变得凋谢枯萎,并且残杀了池塘和湖泊中的鱼类

新疆域 FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫 著上海科技教育出版社 1999.12

扫描,校对:异调

地球科学新疆域(FRONTIERS OF EARTH),孟庆任 译

闪电和生命

http://www.oursci.org/archive/lib/frontiers/3f20.txt

2009-03-07


《从零开始发明修行》 - 《悟道进化生物学》 - 《悟道相对论》

海云青飞,最伟大的科学哲学家,唯一破解了生命进化规律的人

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