احتوى الغلاف الجوي الأول للأرض على أي غازات؟

مع اندماج حطام النظام الشمسي في الكواكب التي تدور الآن حول الشمس ، شكلت معظم الغازات الأخف جوًا قصيرًا ورقيقًا حول الكرة الدوارة من الصخور التي أصبحت الأرض.

منذ ذلك الحين ، تغير الجو ، واستمر في التكيف مع الحياة. تظل أنظمة الأرض ديناميكية اليوم كما كانت خلال تاريخ الأرض المبكر.

أقرب الغلاف الجوي للأرض يسبق أو ربما يتزامن مع التراكم النهائي للمواد التي تشكل الكوكب الآن. أحاطت المركبات المحتوية على الهيدروجين والهيليوم والهيدروجين لفترة وجيزة بتكوين الأرض.

جزء من هذه الغازات الخفيفة ، بقايا من الشمس ، هرب من جاذبية الأرض. لم تكن الأرض قد طورت قلبها الحديدي بعد ، لذلك مع عدم وجود مجال مغناطيسي واقٍ ، قامت الرياح الشمسية القوية بإطلاق عناصر الضوء المحيطة بالأرض البدائية.

يمكن القول إن الطبقة الثانية من الغازات التي أحاطت بالأرض يمكن أن يطلق عليها الغلاف الجوي "الحقيقي" الأول للأرض. الكرة الدوارة للمواد المنصهرة التي نشأت من حطام النظام الشمسي المتكون فوارت وخضنت. أدى التحلل الإشعاعي والاحتكاك والحرارة المتبقية إلى إبقاء الأرض في حالة منصهرة لمدة نصف مليار سنة.

خلال ذلك الوقت ، تسببت اختلافات الكثافة في غرق العناصر الأثقل من الأرض باتجاه نواة الأرض النامية ، بينما تسببت العناصر الأخف وزناً في الارتفاع نحو السطح. أطلقت الانفجارات البركانية الغازات ، وبدأ تكوين الغلاف الجوي.

تشكل الغلاف الجوي للأرض من الغازات المنبعثة من النشاط البركاني المستمر. كان خليط الغاز يشبه إلى حد كبير التركيبة المنبعثة خلال الانفجارات البركانية الحديثة. تشمل هذه الغازات:

• بخار الماء
• نشبع
• ثاني أكسيد الكبريت
• كبريتيد الهيدروجين
• أول أكسيد الكربون
• كبريت
• الكلور
• نتروجين 
• مركبات النيتروجين مثل الأمونيا والهيدروجين والميثان 

يُظهر نقص الصدأ في الصخور المبكرة الغنية بالحديد عدم وجود أكسجين حر بين الغازات في الغلاف الجوي المبكر للأرض.

عندما بردت الأرض وتراكمت الغازات ، بدأ بخار الماء في النهاية بالتكثف إلى سحب كثيفة ، وبدأت الأمطار. استمر هذا المطر لملايين السنين ، وشكل في النهاية أول محيط على الأرض. أصبح المحيط منذ ذلك الحين جزءًا لا يتجزأ من تاريخ الغلاف الجوي.

عندما نقارن الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر مع الغلاف الجوي الحالي ، فإن الاختلافات الرئيسية واضحة. لكن التغيير من الغلاف الجوي المختزل ، السام إلى معظم أشكال الحياة الحديثة ، إلى الغلاف الجوي الحالي الغني بالأكسجين استغرق حوالي ملياري سنة ، أي ما يقرب من نصف عمر الأرض.

تظهر الأدلة الأحفورية أن البكتيريا هي أقدم أشكال الحياة على الأرض. البكتيريا الزرقاء، وهي بكتيريا قادرة على التمثيل الضوئي ، والبكتيريا التخليقية الكيميائية الموجودة في فتحات أعماق البحار تزدهر في جو ينضب فيه الأكسجين.

يمكن أن تزدهر هذه الأنواع من البكتيريا في الغلاف الجوي الثاني للأرض. تشير الدلائل إلى أنهم نجحوا في الازدهار لفترة طويلة ، حيث قاموا بسعادة بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى طعام وإطلاق الأكسجين كمنتج نفايات.

في البداية ، اجتمع الأكسجين مع الصخور الغنية بالحديد ، مما شكل أول صدأ في السجل الصخري. لكن في النهاية تجاوز الأكسجين المنطلق قدرة الطبيعة على التعويض. تلوث البكتيريا الزرقاء بيئتها تدريجيًا بالأكسجين وتسببت في تطور الغلاف الجوي الحالي للأرض.

بينما كانت البكتيريا الزرقاء تنتج الأكسجين ، كان ضوء الشمس يكسر الأمونيا في الغلاف الجوي. تتحلل الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين. يتراكم النيتروجين تدريجياً في الغلاف الجوي ، لكن الهيدروجين ، مثل الغلاف الجوي الأول للأرض ، يتسرب تدريجياً إلى الفضاء.

منذ حوالي ملياري سنة ، حدث الانتقال من الغلاف الجوي للغاز البركاني إلى الغلاف الجوي الحالي للنيتروجين والأكسجين. تذبذبت نسبة الأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون خلال الماضي ، حيث وصلت إلى مستوى مرتفع غني بالأكسجين بنحو 35 في المائة خلال الفترة الكربونية (300-355 مليون سنة) وانخفاض الأكسجين بحوالي 15 في المائة قرب نهاية فترة العصر البرمي (قبل 250 مليون سنة).

يحتوي الغلاف الجوي الحديث على حوالي 78 في المائة من النيتروجين ، و 21 في المائة من الأكسجين ، و 0.9 في المائة من الأرجون ، و 0.1 في المائة من الغازات الأخرى ، بما في ذلك بخار الماء وثاني أكسيد الكربون. هذه النسبة ، مع بعض التقلبات في نسبة الأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون ، سمحت بتطور الحياة على الأرض.

وعلى العكس من ذلك ، فإن التفاعلات بين النباتات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي والحيوانات التي تتنفس تحافظ على النسبة الحالية للغازات في الغلاف الجوي.