Woraus bestand die ursprüngliche Atmosphäre der Erde?

Die Erde entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren zusammen mit den anderen sieben Planeten des Sonnensystems. Als die Erde abkühlte, entstand durch das Ausgasen früher Vulkane eine primitive Atmosphäre. Die frühe Atmosphäre enthielt keinen Sauerstoff und wäre für den Menschen sowie für die meisten anderen Lebewesen auf der heutigen Erde giftig gewesen.

Es wird angenommen, dass sich die Erde aus Gas und Staub gebildet hat, die die Sonne umkreisen. Der überwiegende Teil des Gases würde aus den leichteren Elementen wie Wasserstoff und Helium bestehen. Die frühe Erde hatte eine große Menge an Wasserstoff und Helium in der Atmosphäre, die aufgrund der geringen Masse dieser Gase langsam in den Weltraum entwichen wäre. Heute machen Wasserstoff und Helium weniger als 1 Prozent der Erdatmosphäre aus.

Wasserdampf entstand durch frühe vulkanische Aktivitäten und auch durch wasserführende Kometen, die auf die Erde aufprallten. Der Wasserdampf blieb in gasförmiger Form, da die frühe Erde zu heiß war, als dass Wasser in flüssiger Form existieren konnte. Ozeane mit flüssigem Wasser erschienen erst etwa eine Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde.

Kohlendioxid wurde von Vulkanen auf der frühen Erde freigesetzt und war einer der Hauptbestandteile seiner Atmosphäre. Als die Erde alterte, nahm die vulkanische Aktivität ab und einige Organismen begannen, Kohlendioxid für die Photosynthese zu nutzen. Dies führte zu einem stetigen Rückgang des Kohlendioxidgehalts. Die heutige Atmosphäre besteht nur noch aus 0,04 Prozent Kohlendioxid.

Vulkane auf der frühen Erde produzierten auch Stickstoff, der zu einem Hauptbestandteil der Atmosphäre wurde. Stickstoff ist für die Bildung von Lebensbausteinen wie Aminosäuren unerlässlich. Heute ist Stickstoff der größte Bestandteil der Erdatmosphäre und macht etwa 78 Prozent der Gase aus.

In der frühen Atmosphäre gab es keinen Sauerstoff, bis einfache Organismen die Fähigkeit zur Photosynthese entwickelten. Dabei werden Sonnenlicht und Kohlendioxid zur Energiegewinnung genutzt, wobei als Nebenprodukt Sauerstoff freigesetzt wird. Geochemische Studien legen nahe, dass Sauerstoff etwa 2 Milliarden Jahre nach der Entstehung der Erde ein Bestandteil der Atmosphäre wurde. Ein kleiner Teil der Sauerstoffatome ist gebunden, um Ozon zu erzeugen – ein Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht – in der oberen Atmosphäre. Heute macht Sauerstoff etwa 21 Prozent der atmosphärischen Gase aus und ist lebensnotwendig. Einfacher molekularer Sauerstoff wird von den meisten Lebewesen verwendet, um Energie zu erzeugen. Die Ozonschicht spielt eine wesentliche Rolle, indem sie schädliches ultraviolettes Licht in der heutigen Atmosphäre absorbiert.