Mentre i detriti del sistema solare si univano nei pianeti che ora circondano il Sole, la maggior parte dei gas più leggeri formava una breve e sottile atmosfera attorno alla palla rotante di rocce che divenne la Terra.
Da allora, l'atmosfera è cambiata e continua ad adattarsi alla vita. I sistemi della Terra rimangono dinamici oggi come lo erano durante quella prima storia della Terra.
La prima atmosfera della Terra'
La prima atmosfera della Terra precede o forse coincide con l'accumulo finale di materiale che ora forma il pianeta. Idrogeno, elio e composti contenenti idrogeno circondarono per breve tempo la Terra in formazione.
Una parte di questi gas leggeri, residui del Sole, è sfuggita alla gravità terrestre. La Terra non aveva ancora sviluppato il suo nucleo di ferro, quindi senza campo magnetico protettivo, il potente vento solare del Sole ha spazzato via gli elementi luminosi che circondano la proto-Terra.
La seconda atmosfera terrestre
Il secondo strato di gas che circondava la Terra potrebbe probabilmente essere chiamato la prima atmosfera "reale" della Terra. La palla rotante di materiale fuso sviluppato dai detriti del sistema solare in formazione gorgogliava e si agitava. Il decadimento radioattivo, l'attrito e il calore residuo hanno mantenuto la Terra allo stato fuso per mezzo miliardo di anni.
Durante quel periodo, le differenze di densità hanno fatto sì che gli elementi più pesanti della Terra affondassero verso il nucleo in via di sviluppo della Terra e gli elementi più leggeri si alzassero verso la superficie. Le eruzioni vulcaniche rilasciarono gas e iniziò la formazione dell'atmosfera.
L'atmosfera terrestre si è formata dai gas rilasciati dalla costante attività vulcanica. La miscela di gas sarebbe stata molto simile alla composizione rilasciata durante le moderne eruzioni vulcaniche. Questi gas includono:
- Vapore acqueo
- Diossido di carbonio
- Diossido di zolfo
- Idrogeno solforato
- Monossido di carbonio
- Zolfo
- Cloro
- Azoto
- Composti di azoto come ammoniaca, idrogeno e metano
La mancanza di ruggine nelle prime rocce ricche di ferro mostra che non c'era ossigeno libero tra i gas nella prima atmosfera terrestre.
Quando la Terra si è raffreddata e i gas si sono accumulati, il vapore acqueo ha iniziato a condensarsi in spesse nuvole e sono iniziate le piogge. Questa pioggia è continuata per milioni di anni, fino a formare il primo oceano della Terra. Da allora l'oceano è stato parte integrante della storia dell'atmosfera.
La terza formazione dell'atmosfera terrestre
Quando confrontiamo l'atmosfera primitiva della Terra con quella attuale, le differenze principali sono evidenti. Ma il passaggio da un'atmosfera riducente, velenosa per la maggior parte delle forme di vita moderne, all'attuale atmosfera ricca di ossigeno ha richiesto circa 2 miliardi di anni, quasi la metà della durata della vita della Terra.
Le prove fossili mostrano che le prime forme di vita sulla Terra erano batteri. Cianobatteri, che sono batteri capaci di fotosintesi, e batteri chemiosintetici trovati nelle prese d'aria profonde del mare prosperano in un'atmosfera povera di ossigeno.
Questi tipi di batteri potrebbero prosperare nella seconda atmosfera terrestre. Le prove mostrano che hanno prosperato per molto tempo, convertendo felicemente l'anidride carbonica in cibo e rilasciando ossigeno come prodotto di scarto.
All'inizio l'ossigeno si combinava con rocce ricche di ferro, formando la prima ruggine nella roccia. Ma alla fine l'ossigeno rilasciato ha superato la capacità della natura di compensare. I cianobatteri hanno gradualmente inquinato il loro ambiente con l'ossigeno e hanno causato lo sviluppo dell'attuale atmosfera terrestre.
Mentre i cianobatteri producevano ossigeno, la luce del sole scomponeva l'ammoniaca nell'atmosfera. L'ammoniaca si decompone in azoto e idrogeno. L'azoto si è gradualmente accumulato nell'atmosfera, ma l'idrogeno, come la prima atmosfera terrestre, è gradualmente fuggito nello spazio.
Atmosfera attuale della Terra
Circa 2 miliardi di anni fa avvenne il passaggio dall'atmosfera di gas vulcanico all'attuale atmosfera di azoto-ossigeno. Il rapporto ossigeno-anidride carbonica ha oscillato nel passato, raggiungendo un livello ricco di ossigeno di circa il 35 percento durante il Periodo Carbonifero (300-355 milioni di anni fa) e un livello di ossigeno basso di circa il 15% verso la fine del end Periodo Permiano (250 milioni di anni fa).
L'atmosfera moderna contiene circa il 78 percento di azoto, il 21 percento di ossigeno, lo 0,9 percento di argon e lo 0,1 percento di altri gas, tra cui vapore acqueo e anidride carbonica. Questo rapporto, con alcune fluttuazioni del rapporto ossigeno-anidride carbonica, ha permesso lo sviluppo della vita sulla Terra.
Al contrario, le interazioni tra piante fotosintetizzanti e animali che respirano mantengono l'attuale rapporto atmosferico dei gas.