Als sich die Trümmer des Sonnensystems zu den Planeten verschmolzen, die jetzt die Sonne umkreisen, bildeten die meisten der leichtesten Gase eine kurze, dünne Atmosphäre um die sich drehende Gesteinskugel, die zur Erde wurde.
Seitdem hat sich die Atmosphäre verändert und sie passt sich weiter dem Leben an. Die Systeme der Erde sind heute noch genauso dynamisch wie in der frühen Erdgeschichte.
Die früheste Atmosphäre der Erde
Die früheste Atmosphäre der Erde älter als oder fällt vielleicht mit der endgültigen Anhäufung von Material zusammen, das jetzt den Planeten bildet. Wasserstoff, Helium und wasserstoffhaltige Verbindungen umgaben kurzzeitig die sich bildende Erde.
Ein Teil dieser leichten Gase, Überbleibsel der Sonne, entkam der Erdanziehungskraft. Die Erde hatte ihren Eisenkern noch nicht entwickelt, sodass der starke Sonnenwind der Sonne ohne schützendes Magnetfeld die leichten Elemente, die die Proto-Erde umgaben, wegwehte.
Zweite Atmosphäre der Erde
Die zweite Gasschicht, die die Erde umgibt, könnte man wohl die erste „echte“ Atmosphäre der Erde nennen. Die sich drehende Kugel aus geschmolzenem Material, die aus Trümmern des sich bildenden Sonnensystems entstand, blubberte und wirbelte. Radioaktiver Zerfall, Reibung und Restwärme hielten die Erde eine halbe Milliarde Jahre lang in einem geschmolzenen Zustand.
Während dieser Zeit führten Dichteunterschiede dazu, dass die schwereren Elemente der Erde in Richtung des sich entwickelnden Erdkerns sinken und leichtere Elemente zur Oberfläche aufsteigen. Vulkanausbrüche setzten Gase frei und die Bildung der Atmosphäre begann.
Die Erdatmosphäre bildete sich aus den Gasen, die durch die ständige vulkanische Aktivität freigesetzt wurden. Das Gasgemisch hätte ähnlich der Zusammensetzung gewesen, die bei modernen Vulkanausbrüchen freigesetzt wurde. Zu diesen Gasen gehören:
- Wasserdampf
- Kohlendioxid
- Schwefeldioxid
- Schwefelwasserstoff
- Kohlenmonoxid
- Schwefel
- Chlor
- Stickstoff
- Stickstoffverbindungen wie Ammoniak, Wasserstoff und Methan
Das Fehlen von Rost in frühen eisenreichen Gesteinen zeigt, dass es in der frühen Erdatmosphäre keinen freien Sauerstoff unter den Gasen gab.
Als sich die Erde abkühlte und sich Gase ansammelten, begann der Wasserdampf schließlich zu dicken Wolken zu kondensieren und es begann zu regnen. Dieser Regen dauerte Millionen von Jahren an und bildete schließlich den ersten Ozean der Erde. Der Ozean ist seit jeher ein wesentlicher Bestandteil der Geschichte der Atmosphäre.
Die dritte Atmosphärenformation der Erde
Wenn wir die frühe Erdatmosphäre mit ihrer heutigen vergleichen, sind große Unterschiede offensichtlich. Aber der Wechsel von einer reduzierenden Atmosphäre, die für die meisten modernen Lebensformen giftig war, zu der heutigen sauerstoffreichen Atmosphäre dauerte etwa 2 Milliarden Jahre, fast die Hälfte der Lebensdauer der Erde.
Fossile Beweise zeigen, dass die frühesten Lebensformen auf der Erde Bakterien waren. Cyanobakterien, die zur Photosynthese befähigte Bakterien sind, und chemosynthetische Bakterien, die in Tiefseeschloten vorkommen, gedeihen in einer sauerstoffarmen Atmosphäre.
Diese Arten von Bakterien könnten in der zweiten Atmosphäre der Erde gedeihen. Beweise zeigen, dass sie lange Zeit gediehen, Kohlendioxid glücklich in Nahrung umwandeln und Sauerstoff als Abfallprodukt freisetzen.
Zuerst kombinierte sich der Sauerstoff mit eisenreichen Gesteinen und bildete den ersten Rost in der Gesteinsaufzeichnung. Aber schließlich überstieg der freigesetzte Sauerstoff die Kompensationsfähigkeit der Natur. Die Cyanobakterien verschmutzten ihre Umgebung nach und nach mit Sauerstoff und ließen die heutige Atmosphäre der Erde entstehen.
Während die Cyanobakterien Sauerstoff produzierten, zersetzte Sonnenlicht das Ammoniak in der Atmosphäre. Ammoniak zerfällt in Stickstoff und Wasserstoff. Der Stickstoff baute sich allmählich in der Atmosphäre auf, aber der Wasserstoff entwich, wie die erste Atmosphäre der Erde, allmählich in den Weltraum.
Aktuelle Atmosphäre der Erde
Vor etwa 2 Milliarden Jahren fand der Übergang von der vulkanischen Gasatmosphäre zur heutigen Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre statt. Das Sauerstoff-Kohlendioxid-Verhältnis schwankte in der Vergangenheit und erreichte im Laufe der Jahre einen sauerstoffreichen Höchststand von etwa 35 Prozent Karbonzeit (vor 300-355 Millionen Jahren) und einem Sauerstoffmangel von etwa 15 Prozent gegen Ende des Perm-Zeit (vor 250 Millionen Jahren).
Die moderne Atmosphäre enthält etwa 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff, 0,9 Prozent Argon und 0,1 Prozent andere Gase, darunter Wasserdampf und Kohlendioxid. Dieses Verhältnis, mit einigen Schwankungen des Sauerstoff-Kohlendioxid-Verhältnisses, hat die Entwicklung des Lebens auf der Erde ermöglicht.
Umgekehrt halten die Wechselwirkungen zwischen photosynthetischen Pflanzen und atmenden Tieren das aktuelle atmosphärische Gasverhältnis aufrecht.