Kun aurinkokunnan roskat sulautuivat nyt aurinkoa kiertäviin planeetoihin, suurin osa kevyimmistä kaasuista muodosti lyhyen, ohuen ilmakehän pyöreän kivipallon ympärille, josta tuli maapallo.
Sittemmin ilmapiiri on muuttunut, ja se sopeutuu edelleen elämään. Maan järjestelmät pysyvät nykyään yhtä dynaamisina kuin tuon varhaisen maan historian aikana.
Maan aikaisin ilmakehä
Maan aikaisin ilmakehä edeltää tai ehkä yhtyy materiaalin lopulliseen kerääntymiseen, joka nyt muodostaa planeetan. Vety, helium ja vetyä sisältävät yhdisteet ympäröivät lyhyesti muodostavaa maata.
Osa näistä kevyistä kaasuista, aurinkojäännöksistä, pääsi maan painovoimasta. Maapallo ei ollut vielä kehittänyt rautaytettään, joten ilman suojaavaa magneettikenttää Auringon voimakas aurinkotuuli puhalsi pois maapalloa ympäröivät valoelementit.
Maan toinen ilmakehä
Maata ympäröivää toista kaasukerrosta voidaan kiistatta kutsua maapallon ensimmäiseksi "todelliseksi" ilmakehäksi. Sulan materiaalin pyörivä pallo, joka kehittyi muodostuvan aurinkokunnan roskista, kuplitti ja sekoitti. Radioaktiivinen hajoaminen, kitka ja jäännöslämpö pitivät maapallon sulassa tilassa puoli miljardia vuotta.
Tuona aikana tiheyserot saivat Maan raskaammat elementit uppoamaan kohti maapallon kehittyvää ydintä ja kevyemmät elementit nousivat kohti pintaa. Tulivuorenpurkaukset vapauttivat kaasuja, ja ilmakehän muodostuminen alkoi.
Maan ilmakehä muodostuu jatkuvan tulivuoren toiminnan vapauttamista kaasuista. Kaasuseos olisi ollut paljon kuin nykyisten tulivuorenpurkausten aikana vapautunut koostumus. Näitä kaasuja ovat:
- Vesihöyry
- Hiilidioksidi
- Rikkidioksidi
- Rikkivety
- Hiilimonoksidi
- Rikki
- Kloori
- Typpi
- Typpiyhdisteet, kuten ammoniakki, vety ja metaani
Varhaisen rautapitoisten kivien ruosteen puute osoittaa, että maapallon varhaisessa ilmakehässä olevien kaasujen joukossa ei ollut vapaata happea.
Maapallon jäähtyessä ja kaasujen kerääntyessä vesihöyry alkoi lopulta tiivistyä paksuksi pilveksi ja sateet alkoivat. Tämä sade jatkui miljoonien vuosien ajan muodostaen lopulta Maan ensimmäisen valtameren. Meri on siitä lähtien ollut olennainen osa ilmakehän historiaa.
Maapallon kolmas ilmakehän muodostus
Kun verrataan maapallon varhaista ilmakehää nykyiseen, suuret erot ovat ilmeisiä. Mutta muutos pelkistävästä ilmakehästä, joka on myrkyllinen nykyaikaisimpiin elämänmuotoihin, nykyiseen happirikkaaseen ilmakehään kesti noin 2 miljardia vuotta, melkein puolet maapallon eliniästä.
Fossiiliset todisteet osoittavat, että maapallon varhaisimmat elämänmuodot olivat bakteereja. Syanobakteerit, jotka ovat fotosynteesiin kykeneviä bakteereja, ja syvänmeren tuuletusaukoista löydetyt kemosynteettiset bakteerit menestyvät happivajeisessa ilmakehässä.
Tämäntyyppiset bakteerit voisivat menestyä maapallon toisessa ilmakehässä. Todisteet osoittavat, että he menestyivät pitkään, muuttamalla hiilidioksidia mielellään ruokaksi ja vapauttamalla happea jätteeksi.
Aluksi happi yhdistyi rikkaisiin kiviin muodostaen ensimmäisen ruosteen kalliolevyssä. Mutta lopulta vapautunut happi ylitti luonnon kyvyn kompensoida. Syanobakteerit saastuttivat ympäristöään vähitellen hapella ja aiheuttivat maapallon nykyisen ilmakehän kehittymisen.
Syanobakteerien sammuttaessa happea auringonvalo hajotti ammoniakkia ilmakehässä. Ammoniakki hajoaa typeksi ja vedyksi. Typpi kerääntyi vähitellen ilmakehään, mutta vety, kuten maan ensimmäinen ilmakehä, pakeni vähitellen avaruuteen.
Maan nykyinen ilmakehä
Noin 2 miljardia vuotta sitten tapahtui siirtyminen tulivuorikaasun ilmakehästä nykyiseen typpi-happi-ilmakehään. Happi-hiilidioksidisuhde on vaihdellut aiemmin ja saavuttanut happirikkaan korkeuden, noin 35 prosenttia, aikana Hiilikausi (300-355 miljoonaa vuotta sitten) ja noin 15 prosentin happipitoisuus lähellä Permian aika (250 miljoonaa vuotta sitten).
Moderni ilmapiiri sisältää noin 78 prosenttia typpeä, 21 prosenttia happea, 0,9 prosenttia argonia ja 0,1 prosenttia muita kaasuja, mukaan lukien vesihöyry ja hiilidioksidi. Tämä suhde, jossa on joitain happi-hiilidioksidisuhteen vaihteluita, on mahdollistanut elämän kehityksen maapallolla.
Päinvastoin, fotosynteesivien kasvien ja eläinten hengitysvaikutukset ylläpitävät kaasujen nykyistä ilmakehäsuhdetta.