为什么宇宙中最多的是氢，而地球上最多的却是氮？氮从哪来的？

宇宙中最多的是氢，可地球空气中却几乎没有它。我们每天吸进肺里的，70%以上是氮，而氢几乎“销声匿迹”。氢去哪了？氮又是从哪来的？

宇宙为什么是“氢的天下”？

宇宙中最常见的元素是氢，这不是巧合，而是从宇宙诞生的第一分钟就决定的。

138亿年前，大爆炸之后的宇宙像一锅开水，温度高达上百亿摄氏度，充满了自由奔跑的质子、中子和高能光子。随着宇宙急剧膨胀、冷却，在大爆炸后第1秒到第20分钟之间，温度降至适合核反应的区间，质子和中子开始结合，进入所谓的“原初核合成”阶段。

在这个阶段，最先形成的是氘核（¹H + ¹n → ²H），然后逐步合成氦（⁴He）和极少量的锂（⁷Li）。但是时间非常紧迫：整个核合成窗口只持续了大约17分钟。再晚一点，宇宙就冷却得太快，核反应彻底停摆。

这就造成了一个非常关键的后果，大部分质子根本没来得及参与核反应，就直接“被保留下来”成为今天的氢。根据标准宇宙学模型，最终产物中约75%的质量是氢，24%是氦，剩下不到1%是所有其他元素的总和。这是为什么你今天看到的恒星、星云、星系，几乎都是在氢的基础上“搭建”起来的。

更重要的是，氢原子是整个元素周期表中结构最简单的原子：一个质子，一个电子。它不需要稳定中子，不需要复杂核力平衡，也不容易在高温下被打散。这种“极简主义”的结构，在宇宙早期极端环境下反而成了生存优势。

而那些更重的元素（比如碳、氮、氧），则必须依靠恒星内部更复杂、更缓慢的核聚变反应才能诞生。它们不是宇宙大爆炸的产物，而是恒星“次生产线”上的高级货，这就是它们在整个宇宙中远远不如氢常见的根本原因。

这一切并不是理论推测。NASA 的 WMAP 和欧空局的 Planck 卫星先后对宇宙微波背景辐射进行了精确测量，发现其中的元素丰度数据与大爆炸核合成模型高度吻合。这些“天文化学指纹”证实了氢的统治地位是从宇宙诞生第一天就刻在规则里的。

所以，氢成为宇宙的老大，不是因为它最亮眼，而是因为它来得最快、结构最简单、最能熬过那场开天辟地的混乱。

地球上氢为什么留不住？

氢在宇宙中到处都是，可地球上几乎见不到它的踪影。这不是因为地球没曾经拥有过氢，而是因为它真的抓不住它。

要弄清楚这个问题，得先理解一个基本物理机制：气体逃逸。任何气体分子，只要速度足够快，就有可能挣脱地球的引力，彻底逃逸到太空中。而决定一个分子能不能逃出去，关键看两件事：它的质量有多轻、温度有多高。

氢分子（H₂）是所有稳定气体中最轻的，分子量仅为2。根据热力学原理，分子运动速度与其质量成反比，质量越轻，速度越快。

在地球上空1000公里的热层中，温度高达1000K以上，在这种环境下，氢分子的平均速度可达到5~6公里/秒，而最高速的那一部分甚至超过第二宇宙速度——11.2公里/秒。这意味着，部分氢分子可以直接“冲出地球”，进入太空，再也不回来。

根据NASA的观测数据，地球每天大约损失300吨氢气，主要通过“热逃逸”机制缓慢流失。这是一个持续至今的过程，从地球诞生之初就开始了。

而且，早期地球的条件对氢来说更加恶劣。那时候，紫外线更强，火山释放的氢气更多，大气层还没有臭氧层保护。大量氢气被高能光子击碎成原子氢，进一步加速了逃逸效率。研究表明，在地球形成后的最初5亿年里，可能有超过90%的原始氢已被彻底扫荡。

相比之下，像氮气（N₂，分子量28）、氧气（O₂，分子量32）这样的重分子，平均速度远低于逃逸阈值，即使在热层中也被地球牢牢“锁住”。这就像是：氢是一群蹦跳着就能翻墙的小孩子，而氮和氧是搬不动腿的大叔，压根跑不掉。

更极端的例子是火星。火星质量更小、引力更弱、几乎没有全球磁场保护，连二氧化碳都留不住。火星目前的大气压只有地球的0.6%，主要就是因为它连“气”都拽不住。而地球虽然成功留住了氮和氧，但对氢来说，依然是一个“漏气星球”。

所以你现在看到的地球大气中，氢的体积分数不到0.00005%，几乎可以忽略不计。不是因为它没来，而是它来了又走了，走了就再没回来。

那地球上的氮是从哪来的？

氢没留下来，可我们每天呼吸的空气，78%是氮。这些氮从哪来的？其实它是恒星的“遗产”。

氮并不是宇宙大爆炸时直接产生的。那场爆炸只留下了最轻的几种元素：氢、氦和极少量的锂。要制造氮，得靠恒星内部的核聚变反应。

在那些比太阳还重的大质量恒星里，存在一种叫做CNO循环的核反应路径，意思是“碳-氮-氧循环”。它的过程是：碳核与氢核撞击，经过一连串反应，氢变成了氦，但在中途会短暂生成氮-14和氮-15这两种同位素。虽然氮只是短暂停留的“中间产物”，但随着恒星老去、膨胀、死亡，这些元素会被抛回宇宙。

一些恒星通过超新星爆炸，以极高能量把内核元素抛洒到星际空间；另一些变成红巨星，缓慢释放外壳气体，形成“行星状星云”。这些氮，就这样漂浮在宇宙中，变成星际尘埃的一部分。

约45亿年前，我们的太阳系就是在这样一团富含“恒星尸体碎片”的星云中诞生的。地球也在这团尘埃中慢慢凝聚。那些氮元素，混在小行星、陨石、彗星甚至原始岩石中，成了地球的一部分。

那这些氮，为什么最后都跑到了空气里？

这就跟地球本身的“气体个性”有关。

在地球形成初期，整个星球是一颗炽热的岩浆球。随着地幔冷却，火山喷发开始释放气体，这叫做地幔脱气。

今天我们看到的火山喷发，喷出来的主要是水蒸气、二氧化碳，还有少量氨（NH₃）和氮气（N₂）。别小看这些“少量”。火山不止喷一天。几十亿年来，地幔像压力锅一样，把氮不断地“吹”进大气层。

科学家估算，整个地球地幔中可能仍储存着比大气层多至少3倍的氮。也就是说，今天空气中的氮，只是地球常年“放气”放出来的一部分。

但更关键的是：氮一旦进入大气，它就几乎不会再走了。

因为氮分子（N₂）非常稳定。它由两个氮原子通过三键牢牢绑在一起，化学活性极低。不像氧气会跟铁生锈、跟碳化合燃烧；也不像CO₂能溶进水里被海洋“吃掉”。氮几乎不参与反应，不溶水，不沉降，不喜欢“社交”，只喜欢孤独地待在空气里。

你可以这么理解：氮赢下这场“大气竞赛”，靠的不是数量多，而是性格稳。

这也是为什么，虽然地球上氮的来源有很多路径（火山、陨石、化学转化），但最终“气氛主角”这个位置，只有氮坐得住：它不是最活跃的，但它最耗得住时间。

为什么不是其他元素当“主角”？

看到这里相信会很多人问：为什么不是氧气、二氧化碳、甲烷当主角？

这就要看几个条件：

够稳定：氮气分子是三键结构，在大气中几乎不参与反应，寿命极长。

不易溶于水：不像CO₂，氮不容易被海洋吸收沉降。

不易被生物消耗：植物无法直接利用N₂，氮循环效率低，氮在生物圈流动缓慢。

不易逃逸：虽然比氢轻，但比逃逸速度慢，能被地球引力牢牢抓住。

相比之下：

氧气很活泼，被岩石和生命消耗得厉害，直到蓝藻和植物大规模光合作用后，才在气氛中积累。

二氧化碳容易溶于水，被海洋吸收、形成碳酸盐沉入海底。

甲烷是温室气体，寿命短，容易被光解，不稳定。

所以，氮不是最炫的，却是最能“熬”的。它不争不抢，但谁都撼不动它的位置。