Когато отломките на Слънчевата система се слеят в планетите, които сега обикалят около Слънцето, повечето от най-леките газове образуват кратка, тънка атмосфера около въртящата се топка скали, превърнала се в Земята.
Оттогава атмосферата се е променила и продължава да се адаптира към живота. Днес системите на Земята остават толкова динамични, колкото и през тази ранна история на Земята.
Най-ранната атмосфера на Земята
Най-ранната атмосфера на Земята предшества или може би съвпада с окончателното натрупване на материал, който сега формира планетата. Водород, хелий и водородсъдържащи съединения за кратко заобикаляха формиращата Земя.
Част от тези леки газове, остатъци от Слънцето, са избягали от гравитацията на Земята. Земята все още не е развила своето желязно ядро, така че без защитно магнитно поле мощният слънчев вятър на Слънцето издуха светлинните елементи, заобикалящи прото-Земята.
Втората атмосфера на Земята
Вторият слой газове, които заобикаляха Земята, може да се нарече първата „истинска“ атмосфера на Земята. Въртящата се топка от разтопен материал, разработена от отломки от образуващата се Слънчева система, избухва и се разбърква. Радиоактивно разпадане, триене и остатъчна топлина поддържаха Земята в стопено състояние в продължение на половин милиард години.
През това време разликите в плътността накараха по-тежките елементи на Земята да потънат към развиващото се ядро на Земята, а по-леките елементи да се издигнат към повърхността. Вулканичните изригвания отделят газове и започва образуването на атмосфера.
Земната атмосфера се формира от газовете, отделяни от постоянната вулканична активност. Газовата смес би наподобявала състава, освободен по време на съвременните вулканични изригвания. Тези газове включват:
- Водна пара
- Въглероден двуокис
- Серен диоксид
- Водороден сулфид
- Въглероден окис
- Сяра
- Хлор
- Азот
- Азотни съединения като амоняк, водород и метан
Липсата на ръжда в ранните богати на желязо скали показва, че сред газовете в ранната атмосфера на Земята не е имало свободен кислород.
С изстиването на Земята и натрупването на газове водните пари в крайна сметка започнаха да се кондензират в дебели облаци и започнаха дъждовете. Този дъжд продължи милиони години, в крайна сметка образувайки първия океан на Земята. Оттогава океанът е неразделна част от историята на атмосферата.
Третата формация на атмосферата на Земята
Когато сравняваме ранната атмосфера на Земята със сегашната, очевидни са основните разлики. Но промяната от редуцираща атмосфера, отровна към повечето съвременни форми на живот, към настоящата богата на кислород атмосфера отне около 2 милиарда години, почти половината от живота на Земята.
Изкопаемите доказателства показват, че най-ранните форми на живот на Земята са били бактерии. Цианобактерии, които са бактерии, способни на фотосинтеза, а хемосинтетичните бактерии, открити в дълбоки морски отвори, процъфтяват в атмосфера, изтощена от кислород.
Тези видове бактерии могат да процъфтяват във втората атмосфера на Земята. Доказателствата показват, че те са процъфтявали дълго време, превръщайки щастливо въглеродния диоксид в храна и отделяйки кислород като отпадъчен продукт.
Отначало кислородът се комбинира с богати на желязо скали, образувайки първата ръжда в скалния запис. Но в крайна сметка освободеният кислород надвишава способността на природата да компенсира. Цианобактериите постепенно замърсяват околната си среда с кислород и предизвикват развитието на сегашната земна атмосфера.
Докато цианобактериите изхвърляха кислород, слънчевата светлина разграждаше амоняка в атмосферата. Амонякът се разлага на азот и водород. Азотът постепенно се натрупва в атмосферата, но водородът, както първата атмосфера на Земята, постепенно избягва в космоса.
Текущата атмосфера на Земята
Преди около 2 милиарда години се случи преходът от атмосферата на вулканичния газ към настоящата азотно-кислородна атмосфера. Съотношението кислород-въглероден диоксид се е колебало през миналото, достигайки високо съдържание на кислород от около 35% през Карбонов период (Преди 300-355 милиона години) и ниско ниво на кислород от около 15 процента в края на Пермски период (Преди 250 милиона години).
Съвременната атмосфера съдържа около 78 процента азот, 21 процента кислород, 0,9 процента аргон и 0,1 процента други газове, включително водни пари и въглероден диоксид. Това съотношение, с някои колебания на съотношението кислород-въглероден диоксид, е позволило развитието на живота на Земята.
И обратно, взаимодействията между фотосинтезиращите растения и дишащите животни поддържат настоящото атмосферно съотношение на газовете.