Καθώς τα συντρίμμια του ηλιακού συστήματος συγκεντρώθηκαν στους πλανήτες που περιβάλλουν τον Ήλιο, τα περισσότερα από τα ελαφρύτερα αέρια σχηματίζουν μια σύντομη, λεπτή ατμόσφαιρα γύρω από την περιστρεφόμενη σφαίρα των βράχων που έγινε η Γη.
Από τότε, η ατμόσφαιρα έχει αλλάξει και συνεχίζει να προσαρμόζεται στη ζωή. Τα συστήματα της Γης παραμένουν τόσο δυναμικά σήμερα όσο ήταν κατά τη διάρκεια της πρώιμης Γης ιστορίας.
Η πρώτη ατμόσφαιρα της Γης
Η πρώτη ατμόσφαιρα της Γης προηγείται ή ίσως συμπίπτει με την τελική συσσώρευση υλικού που σχηματίζει τώρα τον πλανήτη. Οι ενώσεις που περιέχουν υδρογόνο, ήλιο και υδρογόνο περιβάλλουν εν συντομία τη σχηματίζουσα Γη.
Μέρος αυτών των ελαφρών αερίων, τα υπολείμματα από τον Ήλιο, διέφυγαν από τη βαρύτητα της Γης. Η Γη δεν είχε ακόμη αναπτύξει τον σιδερένιο πυρήνα της, οπότε χωρίς προστατευτικό μαγνητικό πεδίο, ο ισχυρός ηλιακός άνεμος του Ήλιου έριξε τα φωτεινά στοιχεία που περιβάλλουν την πρωτο-Γη.
Η δεύτερη ατμόσφαιρα της Γης
Το δεύτερο στρώμα αερίων που περιβάλλει τη Γη μπορεί αναμφισβήτητα να ονομαστεί η πρώτη «πραγματική» ατμόσφαιρα της Γης. Η περιστρεφόμενη σφαίρα του λειωμένου υλικού αναπτύχθηκε από συντρίμμια του ηλιακού συστήματος που σχηματίστηκε και διογκώθηκε. Η ραδιενεργή αποσύνθεση, η τριβή και η εναπομένουσα θερμότητα κράτησαν τη Γη σε λιωμένη κατάσταση για μισό δισεκατομμύριο χρόνια.
Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι διαφορές πυκνότητας ανάγκασαν τα βαρύτερα στοιχεία της Γης να βυθιστούν προς τον αναπτυσσόμενο πυρήνα της Γης και ελαφρύτερα στοιχεία να ανέβουν προς την επιφάνεια. Οι ηφαιστειακές εκρήξεις απελευθέρωσαν αέρια και άρχισε ο σχηματισμός της ατμόσφαιρας.
Η ατμόσφαιρα της Γης σχηματίζεται από τα αέρια που απελευθερώνονται από τη συνεχή ηφαιστειακή δραστηριότητα. Το μείγμα αερίων θα μοιάζει πολύ με τη σύνθεση που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια των σύγχρονων ηφαιστειακών εκρήξεων. Αυτά τα αέρια περιλαμβάνουν:
- Υδρατμοί
- Διοξείδιο του άνθρακα
- Διοξείδιο του θείου
- Υδρόθειο
- Μονοξείδιο του άνθρακα
- Θείο
- Χλώριο
- Αζωτο
- Ενώσεις αζώτου όπως αμμωνία, υδρογόνο και μεθάνιο
Η έλλειψη σκουριάς σε πρώιμους βράχους πλούσιους σε σίδηρο δείχνει ότι δεν υπήρχε ελεύθερο οξυγόνο μεταξύ των αερίων στην πρώιμη ατμόσφαιρα της Γης.
Καθώς η Γη ψύχθηκε και συσσώρευσαν αέρια, οι υδρατμοί άρχισαν τελικά να συμπυκνώνονται σε πυκνά σύννεφα και οι βροχές άρχισαν. Αυτή η βροχή συνεχίστηκε για εκατομμύρια χρόνια, σχηματίζοντας τελικά τον πρώτο ωκεανό της Γης. Ο ωκεανός έκτοτε αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της ιστορίας της ατμόσφαιρας.
Ο τρίτος σχηματισμός της ατμόσφαιρας της Γης
Όταν συγκρίνουμε την πρώιμη ατμόσφαιρα της Γης με τη σημερινή της, οι μεγάλες διαφορές είναι προφανείς. Αλλά η αλλαγή από μια αναγωγική ατμόσφαιρα, δηλητηριώδης σε πιο σύγχρονες μορφές ζωής, στην τρέχουσα πλούσια σε οξυγόνο ατμόσφαιρα χρειάστηκε περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια, σχεδόν το ήμισυ της διάρκειας ζωής της Γης.
Τα απολιθωμένα στοιχεία δείχνουν ότι οι πρώτες μορφές ζωής στη Γη ήταν βακτήρια. Κυανοβακτήρια, τα οποία είναι βακτήρια ικανά για φωτοσύνθεση, και χημειοσυνθετικά βακτήρια που βρίσκονται σε αεραγωγούς βαθέων υδάτων ευδοκιμούν σε ατμόσφαιρα με οξυγόνο.
Αυτοί οι τύποι βακτηρίων θα μπορούσαν να ευδοκιμήσουν στη δεύτερη ατμόσφαιρα της Γης. Τα στοιχεία δείχνουν ότι άνθισαν για μεγάλο χρονικό διάστημα, μετατρέποντας ευτυχώς το διοξείδιο του άνθρακα σε τρόφιμα και απελευθερώνοντας οξυγόνο ως απόβλητο προϊόν.
Αρχικά το οξυγόνο συνδυάστηκε με πλούσια σε σίδηρο βράχους, σχηματίζοντας την πρώτη σκουριά στο ρεκόρ. Αλλά τελικά το απελευθερούμενο οξυγόνο υπερέβη την ικανότητα της φύσης να αντισταθμίσει. Τα κυανοβακτήρια μολύνουν σταδιακά το περιβάλλον τους με οξυγόνο και προκάλεσαν την ανάπτυξη της τρέχουσας ατμόσφαιρας της Γης.
Ενώ τα κυανοβακτήρια έφεραν οξυγόνο, το φως του ήλιου έσπασε την αμμωνία στην ατμόσφαιρα. Η αμμωνία αποσυντίθεται σε άζωτο και υδρογόνο. Το άζωτο συσσωρεύτηκε σταδιακά στην ατμόσφαιρα, αλλά το υδρογόνο, όπως και η πρώτη ατμόσφαιρα της Γης, σταδιακά δραπέτευσε στο διάστημα.
Η τρέχουσα ατμόσφαιρα της Γης
Πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια, πραγματοποιήθηκε η μετάβαση από την ηφαιστειακή ατμόσφαιρα αερίου στην τρέχουσα ατμόσφαιρα αζώτου-οξυγόνου. Ο λόγος οξυγόνου-διοξειδίου του άνθρακα κυμάνθηκε κατά τη διάρκεια του παρελθόντος, φθάνοντας σε πλούσιο σε οξυγόνο υψηλό περίπου 35 τοις εκατό κατά τη διάρκεια του Άνθρακα περίοδος (300-355 εκατομμύρια χρόνια πριν) και χαμηλό οξυγόνο περίπου 15 τοις εκατό κοντά στο τέλος του Περμανική περίοδος (250 εκατομμύρια χρόνια πριν).
Η σύγχρονη ατμόσφαιρα περιέχει περίπου 78 τοις εκατό άζωτο, 21 τοις εκατό οξυγόνο, 0,9 τοις εκατό αργόν και 0,1 τοις εκατό άλλα αέρια, συμπεριλαμβανομένων υδρατμών και διοξειδίου του άνθρακα. Αυτή η αναλογία, με μερικές διακυμάνσεις της αναλογίας οξυγόνου-διοξειδίου του άνθρακα, επέτρεψε την ανάπτυξη της ζωής στη Γη.
Αντίθετα, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ φυτών φωτοσύνθεσης και αναπνευστικών ζώων διατηρούν την τρέχουσα ατμοσφαιρική αναλογία αερίων.