האטמוספירה הראשונה של כדור הארץ הכילה אילו גזים?

כשהפסולת של מערכת השמש התאחדה לכוכבי הלכת שמקיפים כעת את השמש, רוב הגזים הקלים ביותר יצרו אטמוספירה קצרה ודקה סביב כדור הסלעים המסתובב שהפך לכדור הארץ.

מאז האווירה השתנתה והיא ממשיכה להסתגל לחיים. מערכות כדור הארץ נותרות דינמיות כיום כפי שהיו במהלך אותה היסטוריה של כדור הארץ.

האטמוספירה הקדומה ביותר של כדור הארץ מקדים או אולי עולה בקנה אחד עם הצטברות סופית של חומר היוצר כעת את כדור הארץ. תרכובות המכילות מימן, הליום ומימן הקיפו לזמן קצר את כדור הארץ היוצר.

חלק מהגזים הקלים הללו, שאריות מהשמש, ברחו מכוח המשיכה של כדור הארץ. כדור הארץ עדיין לא פיתח את ליבת הברזל שלה, ולכן ללא שדה מגנטי מגן, רוח השמש העוצמתית של השמש העיפה את אלמנטים האור המקיפים את כדור הארץ.

אפשר לכנות את שכבת הגזים השנייה שהקיפה את כדור הארץ האטמוספרה "האמיתית" הראשונה של כדור הארץ. הכדור המסתובב של חומר מותך התפתח מפסולת של מערכת השמש היוצרת בועה ונגועה. ריקבון רדיואקטיבי, חיכוך וחום שיורי שמרו על כדור הארץ במצב מותך במשך חצי מיליארד שנים.

במהלך אותה תקופה הבדלי צפיפות גרמו לאלמנטים הכבדים של כדור הארץ לשקוע לעבר הליבה המתפתחת של כדור הארץ ולעלייה קלה יותר אל פני השטח. התפרצויות געשיות שחררו גזים, והיווצרות האטמוספירה החלה.

האטמוספירה של כדור הארץ נוצרה מהגזים המשתחררים מהפעילות הוולקנית המתמדת. תערובת הגז הייתה דומה מאוד להרכב ששוחרר במהלך התפרצויות געש מודרניות. גזים אלה כוללים:

• אדי מים
• פחמן דו חמצני
• דו תחמוצת גופרית
• מימן גופרתי
• פחמן חד חמצני
• גוֹפרִית
• כְּלוֹר
• חַנקָן 
• תרכובות חנקן כמו אמוניה, מימן ומתאן 

מחסור החלודה בסלעים עתירי ברזל מוקדמים מראה שלא היה חמצן חופשי בין הגזים באטמוספירה המוקדמת של כדור הארץ.

ככל שהתקרר כדור הארץ והצטברו גזים, אדי המים החלו בסופו של דבר להתעבות לעננים עבים, והגשמים החלו. גשם זה נמשך מיליוני שנים, ובסופו של דבר היווה את האוקיאנוס הראשון של כדור הארץ. האוקיאנוס היה מאז ומעולם חלק בלתי נפרד מההיסטוריה של האווירה.

כאשר אנו משווים את האטמוספירה המוקדמת של כדור הארץ לזו הנוכחית, ניכרים הבדלים גדולים. אך השינוי מאטמוספירה מצמצמת, רעילה לצורות החיים המודרניות ביותר, לאטמוספירה העשירה בחמצן הנוכחי ארך כ -2 מיליארד שנים, כמעט מחצית מאורך החיים של כדור הארץ.

עדויות מאובנות מראות שצורות החיים המוקדמות ביותר על פני כדור הארץ היו חיידקים. ציאנובקטריה, שהם חיידקים המסוגלים לפוטוסינתזה, וחיידקים כימוסינתטיים הנמצאים בפתחי האוורור בים עמוק משגשגים באווירה מדולדלת חמצן.

סוגים אלה של חיידקים יכולים לשגשג באטמוספירה השנייה של כדור הארץ. הראיות מראות שהם אכן שגשגו במשך זמן רב, והמירו בשמחה פחמן דו חמצני למזון ושחררו חמצן כמוצר פסולת.

בהתחלה החמצן בשילוב עם סלעים עשירים בברזל, היוו את החלודה הראשונה ברשומת הסלע. אך בסופו של דבר החמצן ששוחרר חרג מהיכולת של הטבע לפצות. הציאנובקטריה זיהמה בהדרגה את סביבתם בחמצן וגרמה להתפתחות האטמוספירה הנוכחית של כדור הארץ.

בזמן שהציאנובקטריה הוציאו חמצן, אור השמש פירק את האמוניה באטמוספרה. אמוניה מתפרקת לחנקן ומימן. החנקן הצטבר בהדרגה באטמוספירה, אך המימן, כמו האטמוספירה הראשונה של כדור הארץ, נמלט בהדרגה לחלל.

לפני כשני מיליארד שנה התרחש המעבר מאטמוספירת הגז הוולקני לאטמוספרת החנקן הנוכחית. היחס בין חמצן לפחמן דו-חמצני השתנה בעבר והגיע לשיא עשיר בחמצן של כ- 35 אחוזים במהלך שנת תקופת פחמן (לפני 300-355 מיליון שנה) ונמוך בחמצן בסביבות 15 אחוזים התקופה הפרמית (לפני 250 מיליון שנה).

האטמוספירה המודרנית מכילה כ 78 אחוז חנקן, 21 אחוז חמצן, 0.9 אחוז ארגון ו 0.1 אחוז גזים אחרים, כולל אדי מים ופחמן דו חמצני. יחס זה, עם כמה תנודות ביחס החמצן-פחמן הדו-חמצני, אפשר את התפתחות החיים על פני כדור הארץ.

לעומת זאת, האינטראקציות בין צמחי פוטוסינתזה לבעלי חיים מכובדים שומרות על היחס האטמוספרי הנוכחי של גזים.