Kako su se ostaci Sunčevog sustava spajali s planetima koji sada kruže oko Sunca, većina najlakših plinova stvorila je kratku, tanku atmosferu oko vrtljive kugle stijena koja je postala Zemlja.
Od tada se atmosfera promijenila i nastavlja se prilagođavati životu. Zemljini sustavi i danas ostaju dinamični kao i tijekom te rane povijesti Zemlje.
Najranija atmosfera na Zemlji
Najranija atmosfera na Zemlji prethodi ili se možda poklapa s konačnim nakupljanjem materijala koji sada tvori planet. Vodik, helij i spojevi koji sadrže vodik nakratko su okružili Zemlju u nastajanju.
Dio ovih lakih plinova, ostataka Sunca, izbjegao je Zemljinu gravitaciju. Zemlja još nije razvila svoju željeznu jezgru, pa je bez zaštitnog magnetskog polja Sunčev snažni sunčev vjetar otpuhao svjetlosne elemente koji okružuju proto-Zemlju.
Druga Zemljina atmosfera
Drugi sloj plinova koji je okruživao Zemlju mogao bi se nazvati prvom "pravom" atmosferom Zemlje. Predenje rastopljenog materijala nastalo iz otpadaka Sunčevog sustava koji je formirao mjehuriće se i uskomešalo. Radioaktivni raspad, trenje i zaostala toplina održavali su Zemlju u rastaljenom stanju pola milijarde godina.
Tijekom tog vremena razlike gustoće uzrokovale su da teži elementi Zemlje tonu prema Zemljinoj jezgri u razvoju, a lakši elementi da se podižu prema površini. Vulkanske erupcije ispuštale su plinove i započelo je stvaranje atmosfere.
Zemljina atmosfera nastala je od plinova koji se oslobađaju stalnom vulkanskom aktivnošću. Smjesa plinova bila bi slična smjesi koja je puštena tijekom modernih vulkanskih erupcija. Ti plinovi uključuju:
- Vodena para
- Ugljični dioksid
- Sumporov dioksid
- Vodikov sulfid
- Ugljični monoksid
- Sumpor
- Klor
- Dušik
- Spojevi dušika poput amonijaka, vodika i metana
Nedostatak hrđe u ranim stijenama bogatim željezom pokazuje da među plinovima u ranoj atmosferi Zemlje nije bilo slobodnog kisika.
Kako se Zemlja hladila i akumulirali plinovi, vodena para se na kraju počela kondenzirati u guste oblake i započele su kiše. Ova kiša nastavila se milijunima godina, na kraju formirajući prvi Zemljin ocean. Okean je od tada sastavni dio povijesti atmosfere.
Treća Zemljina formacija atmosfere
Kad usporedimo ranu Zemljinu atmosferu sa današnjom, očite su velike razlike. No, promjena iz reducirajuće atmosfere, otrovne za većinu modernih oblika života, u trenutnu atmosferu bogatu kisikom trajala je oko 2 milijarde godina, gotovo polovica životnog vijeka Zemlje.
Fosilni dokazi pokazuju da su najraniji oblici života na Zemlji bile bakterije. Cijanobakterije, koje su bakterije sposobne za fotosintezu, a kemosintetske bakterije pronađene u dubokim otvorima uspijevaju u atmosferi osiromašenoj kisikom.
Te bi vrste bakterija mogle uspjeti u drugoj Zemljinoj atmosferi. Dokazi pokazuju da su dugo uspijevali, sretno pretvarajući ugljični dioksid u hranu i oslobađajući kisik kao otpadni proizvod.
Isprva se kisik kombinirao sa stijenama bogatim željezom, stvarajući prvu hrđu u zapisu stijena. No na kraju je oslobođeni kisik premašio prirodnu sposobnost kompenzacije. Cijanobakterije su postupno onečišćivale okoliš kisikom i uzrokovale razvoj trenutne Zemljine atmosfere.
Dok su cijanobakterije izbacivale kisik, sunčeva svjetlost razbijala je amonijak u atmosferi. Amonijak se razlaže na dušik i vodik. Dušik se postupno nakupljao u atmosferi, ali vodik je, poput prve Zemljine atmosfere, postupno pobjegao u svemir.
Zemljina trenutna atmosfera
Prije oko 2 milijarde godina dogodio se prijelaz iz atmosfere vulkanskih plinova u trenutnu atmosferu dušika i kisika. Odnos kisika i ugljičnog dioksida oscilirao je tijekom prošlosti, dosežući najvišu razinu kisika od oko 35 posto tijekom godine Karbonsko razdoblje (Prije 300-355 milijuna godina) i niska razina kisika od oko 15 posto pred kraj Perm (Prije 250 milijuna godina).
Moderna atmosfera sadrži oko 78 posto dušika, 21 posto kisika, 0,9 posto argona i 0,1 posto ostalih plinova, uključujući vodenu paru i ugljični dioksid. Ovaj omjer, uz neke fluktuacije omjera kisik-ugljični dioksid, omogućio je razvoj života na Zemlji.
Suprotno tome, interakcije između biljaka fotosinteze i životinja koje udišu održavaju trenutni atmosferski omjer plinova.
