안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
지구 대기 중 질소 비율은 원시 지구 형성과 화산 활동이 왕성했던 약 38억 년~30억 년 전에 이미 현재와 비슷하거나 더 높은 비중을 차지하기 시작했습니다.
원시 지구 초기 대기는 화산 폭발을 통해 방출된 수증기, 이산화탄소, 질소 등이 대부분이었는데, 지구가 식으면서 수증기는 비가 되어 바다를 형성했고, 이산화탄소는 바닷물에 녹아 탄산과 석회암 지대를 형성하였습니다. 반면, 질소는 사라지지 않고 대기에 계속 쌓여 30억 년 전 무렵 대기 성분의 절반 이상을 차지하였습니다. 이후 산소 기체가 늘어나면서 현재의 78% 비율로 안정화되었습니다.
질소 기체의 비율이 높은 이유는 질소 분자는 질소 원자 2개가 3중 결합을 형성하고 있어 매우 안정적입니다. 다른 물질과 잘 반응하지 않아 대기 중에서 파괴되지 않고 수억 년 이상 기체 상태를 유지하고 밌습니다. 또한, 이산화탄소는 바닷물에 쉽게 녹아 지각으로 들어가는 반면, 질소 기체는 물에 거의 녹지 않아 바다로 흡수되지 않고 대기에 그대로 남아 있습니다. 이외에도 생명체에게 질소는 필수 영양소지만, 반응성이 너무 낮아 특수한 세균을 통해서만 이용할 수 있습니다. 즉, 생물권에서 소비되어 사라지는 양보다 대기 중에 축적되는 양이 훨씬 많습니다. 이런 이유로 하여 질소가 지구 대기의 78%를 차지하게 된 것입니다.