每一次呼吸、每一個聲響，它的參與佔比都超過75%；每次雷暴過後，它都會讓湖水酸化，讓石頭加速碎裂。在地球幾十億年的形成和發展過程中，它將閃電、藍天、空氣、土地與生命聯繫了起來，這就是本文要跟大家介紹的——氮元素。
一、紫色的天空
細心的讀者看到這裡是不是想說：天空是藍色的，老郭你弄錯啦！其實天空真的是紫色的，尤其是在正午的天空中，藍色的佔比才20%。只是我們的眼睛對紫色不敏感，只能對藍色產生感應，所以我們看到的天空才是藍色的。
要解釋為什麼天空是紫色的，就必須了解大氣的成分及其分子結構。空氣中主要是氮氣和氧氣以及少量的其它氣體，氮氣佔比78%、氧氣佔比大約21%。氮氣和氧氣都是雙原子分子，原子之間靠著共享電子對連接起來。
氮氣和氧氣的分子差不多大，但氮氣分子要略小一些。它們都能散射全波段的陽光，只不過由於其分子比較小，所以散射波長短的光的能力要更強，也就是說，散射藍光和紫光的能力更強。這就跟吉他上越細的弦音調越高是同一個道理。波長接近分子直徑的，就容易被散射。
我們的眼睛能看到藍色的天空，說穿了並不是因為天空是真正的藍色，而是由於我們眼睛的視覺功能決定的。
二、從氮氣到蛋白質
氮是構成蛋白質的重要元素，沒有氮就沒有蛋白質，也就不會有生命。儘管大氣中有78%都是氮氣，但是從氮氣變成蛋白質卻並不那麼容易。這是因為，氮氣分子形成了共享三個電子對的結構，要拆開它們很難，這就使得氮氣分子異常穩定，很難與其它物質發生化學反應。
不過在生物進化的過程中，出現了能夠固氮的多種微生物，它們有一個統稱叫做藍細菌。這些藍細菌通過寄生在其它生物體內或者是體外，通過與宿主合作就可以把空氣中的氮氣固定成氮肥。比如我們熟知的大豆的根部就存在這樣的土壤細菌。
藍細菌之所以具有固氮的能力，是因為它們體內含有一種含鐵的固氮酶。這種酶利用鐵原子作為一把鋒利的刀，可以把氮氣分子劈開，然後給每個氮原子配上三個氫原子，從而形成生物學上很有用途的氨。
另外一種大自然中固化氮的方法是閃電。由於氮氣分子的穩定性，也只有這樣的高能量才能劈開它們，然後這些氮與氧結合，以氮氧化物的形式，隨著雨水降落到地面。這些氮會被土壤中的細菌利用，然後再被植物吸收，進入到食物鏈當中，最後走進我們的餐桌。
三、動物遷徙與氮在食物鏈中的輪迴之旅
在生物鏈的底層是那些細菌的天下，腐爛的動植物屍體被細菌降解，釋放出氨氣和其它氣體，追蹤這些分子中的同位素比例，就可以在生態系統中追蹤遷徙動物的原子蹤跡。
氮有兩種同位素，分別為氮14和氮15，氮15由於其質量略大，其在空氣中的分子運動速度相比氮14分子的勻速速度略低，在空氣中逸散的難度也會略大，所以，氮15更容易在區域內積累。
我們可以把氮氣分子看作由氮原子組成的啞鈴，由於氮15略重，所以氮15在分子內的振動也會比氮14組成的氮分子略低。這也導致了，氮15構成的化學鍵要比氮14構成的化學鍵更穩定。同樣的道理，腐敗的動植物屍體所釋放出來的氨氣當中，氮15會比較少，這就會進一步加劇氮15在區域內的富集。
在食物鏈中，隨著食物鏈的升高，處於食物鏈高端的動物，其體內的氮15含量也會有所提升。
在《西遊記》中，孫悟空有72變，可以變身成各種動物、植物、石頭……，然而在科學家眼中，這一切毫不奇怪。在原子的世界裡，螞蟻可以變身蟑螂、老鼠、獅子、大象……甚至是人類，森林也會變成海洋。
烏蘇里江的秋季，既是一年一度的大馬哈魚回遊的時間，又是黑瞎子的捕食季節。黑熊的氮元素攝入也幾乎完全依賴於大馬哈魚提供的蛋白質。它們守候在比較淺的溪水裡，當發現有大馬哈魚遊過來，就用巴掌奮力擊打水面，把魚震暈，然後一口咬上去，再慢慢地走回到岸上，大口大口地將魚肉蛋白送入胃中。
此時，黑熊胃中的酶開始工作，將大馬哈魚的蛋白質分解為胺基酸。這些胺基酸被血液運輸到肝臟，在這個化工廠裡加工成各種身體需要的原料，用於構建身體。那些超過身體需要的部分，都會被分解成氨，再由腎臟轉化為尿液排除體外，當然了也有部分是通過糞便離開身體。這樣的過程，在所有動物的體內都在發生，也包括我們人類。
而那些從萬裡之外回到故鄉的大馬哈魚，一路艱難跋涉，從北太平洋沿黑龍江、烏蘇里江逆流而上，然後在深水區集結，以集群衝鋒的方式，密集、快速地衝過有黑熊守候的險灘，以使種群的損失率降到最低。最後，這種魚在淺、小溪流中築巢產卵後，親魚會一直遊弋在巢的周圍，防止其他動物偷食魚卵。最終當幼魚將要孵化出來時，親魚會死在巢旁，為幼魚提供最初的氮的來源。
根據一項研究，黑熊毛髮中有80%的氮原子都可以追溯到海洋中，新生的毛髮纖維中的這種氮原子信號，不僅出現在大馬哈魚回遊的秋季，也出現在春季和夏季，此時熊的食物來源變得很雜，有植物也有小型動物。不過來自大海的氮原子，已經滋養了整個興安嶺的森林，而不僅僅是黑熊了。
四、母嬰之間的氮傳遞
食物鏈高端的物種體內的氮15通常會比其低端的獵物要高，這一點也在人類的身上有所體現。尤其是在母親和哺乳期嬰兒之間氮15的比例，可以顯示出母嬰之間的原子紐帶。
除了那些非母乳餵養的嬰兒，最初的營養物質都是來自母親，這也造成了嬰兒體內的氮15要比他們的母親富集。這與我們說的食物鏈高端物質體內的氮15含量更高的原理相同。通過對嬰兒及其母親的指甲之中氮15的含量分析，可以提供母親為了撫育嬰兒所做出的巨大犧牲的同位素證據。
五、氮的同位素研究與食品安全
隨著全球經濟一體化，食品貿易量逐漸增大，食品供應鏈延長，食品安全隱患和危害也在進一步延伸。尤其是動物源性食品在人類飲食結構中佔有很大的比重，而動物的飼料來源廣、種類多，同時餵養和交易地點多變，安全保障的難度更大，對動物產地進行溯源分析也更複雜。
近年來，基於穩定的同位素指紋分析成為了一種有效的食品產地溯源技術，這其中最值得我們中國人重視的應該是氮同位素。因為內臟器官在世界上大多數國家沒有消費市場，但內臟器官是我們中國人的重要食材。在內臟器官的碳同位素研究中，差異不大，而氮15的差異卻異常顯著。
科學家們通過對氮原子的網絡追蹤發現，大氣中的汙染物落入海洋之後，使海洋生物受到了汙染，而海洋生物又通過與陸地生物的食物鏈關係，將大氣汙染帶到了全世界，最後帶到了我們的餐桌。
尤其是在今天武漢的疫情形勢比較嚴峻複雜，疫情處於防控關鍵時期。雖然從疫情的認知來看，主要傳播途徑為呼吸道傳播，對新型冠狀病毒的認識還十分有限，不過這次疫情應該是跟我們的動物性食品來源有關。
六、成聖與成魔
1908年，德國化學家哈伯申請了「循環法合成氨」的專利，1909年，改進了合成，使氨的含量達到6上。這是工業普遍採用的直接合成法。反應過程中為解決氫氣和氮氣合成轉化率低的問題，將氨產品從合成反應後的氣體中分離出來，未反應氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應。
如今，氨氣是化肥工業和有機化工的主要原料，然而合成氨工業在20世紀誕生初期，其目的是用氨作炸藥工業的原料，為戰爭服務。第一次世界大戰期間，幾百萬人因為高效炸藥的出現而喪命，甚至連哈伯的妻子和兒子也因此而自殺。
戰爭結束後，合成氨工業轉向為農業、工業服務。隨著科學技術的發展，人類對氨的需要量日益增長。如今，合成氨工業產量已經超過了一億噸，成為了全球幾十億人能夠填飽肚子的重要支撐。人類獲取氮元素的主要方式，已經逐漸從微生物轉向了工業。
哈伯本人也因為發明了合成氨的方法，在1918年獲得了諾貝爾獎。最具諷刺意味的是，這個獎項是由諾貝爾通過生產含氮炸藥，以數百萬人的生命為代價，發戰爭財而積累的巨大財富創辦的。
結束語
人類與所有的生物以及非生物一起，共同存在於地球這個龐大的原子網絡當中。氮這個對於人類來說無比重要的元素，沒有它就不能構建我們的身體，沒有合成氨，恐怕今天人口中的一半都會不存在。不過正是因為人口激增，加速了地球資源的消耗，帶來了環境惡化、氣候變暖等一系列的問題。
人類正在向環境中排放出更多形式的含氮廢氣。雖然我們在討論全球變暖的時候，主要都是考慮二氧化碳的排放，但事實上，由於過度施肥和工業生產而排放的一氧化二氮所造成的氣候影響已經遠遠超出了碳的影響。
人類作為一種智慧的生物，在發展的同時，如何平衡固氮帶來的效益與氮的化合物對環境的破壞之間的關係，是關係到所有地球生物生存的重大課題。
在科學獲取氮的同時，保護我們的生存環境，刻不容緩！
因為——我們只有一個地球！