Saulės sistemos šiukšlėms susiliejus į dabar Saulę apskriejančias planetas, dauguma lengviausių dujų suformavo trumpą, ploną atmosferą aplink besisukantį uolų kamuolį, kuris tapo Žemė.
Nuo to laiko atmosfera pasikeitė ir ji toliau prisitaiko prie gyvenimo. Žemės sistemos šiandien išlieka tokios pat dinamiškos, kaip ir per ankstyvąją Žemės istoriją.
Ankstyviausia Žemės atmosfera
Ankstyviausia Žemės atmosfera ankstesnis ar galbūt sutampa su galutiniu medžiagos, kuri dabar formuoja planetą, kaupimu. Vandenilis, helis ir vandenilio turintys junginiai trumpam apsupo besiformuojančią Žemę.
Dalis šių lengvųjų dujų, likusių nuo Saulės, išvengė Žemės sunkio jėgos. Žemė dar nebuvo sukūrusi savo geležinės šerdies, todėl be apsauginio magnetinio lauko Saulės galingas saulės vėjas nupūtė proto Žemę supančius šviesos elementus.
Antroji Žemės atmosfera
Antrasis Žemę apsupęs dujų sluoksnis neabejotinai galėtų būti vadinamas pirmąja „tikra“ Žemės atmosfera. Besisukantis iš išlydytos medžiagos kamuolys išsivystė iš susidariusios Saulės sistemos nuolaužų ir burbuliukų. Radioaktyvus skilimas, trintis ir likusi šiluma išlaikė Žemę išlydytą pusę milijardo metų.
Per tą laiką dėl tankio skirtumų sunkesnieji Žemės elementai skendo link besiformuojančios Žemės šerdies, o lengvesni elementai - link paviršiaus. Ugnikalnio išsiveržimai išskyrė dujas ir prasidėjo atmosferos formavimasis.
Žemės atmosfera susidarė iš dujų, išsiskiriančių dėl nuolatinio vulkaninio aktyvumo. Dujų mišinys būtų panašus į sudėtį, išsiskyrusį per šiuolaikinius ugnikalnių išsiveržimus. Šios dujos apima:
- Vandens garai
- Anglies dvideginis
- Sieros dioksidas
- Vandenilio sulfidas
- Smalkės
- Siera
- Chloras
- Azotas
- Azoto junginiai, tokie kaip amoniakas, vandenilis ir metanas
Ankstyvose geležyje turtingose uolienose rūdijimo trūkumas rodo, kad ankstyvojoje Žemės atmosferoje tarp dujų nebuvo laisvo deguonies.
Žemei atvėsus ir kaupiantis dujoms, vandens garai ilgainiui ėmė kondensuotis į storus debesis, prasidėjo liūtys. Šis lietus tęsėsi milijonus metų ir galiausiai suformavo pirmąjį Žemės vandenyną. Vandenynas nuo to laiko yra neatsiejama atmosferos istorijos dalis.
Trečioji Žemės atmosferos formacija
Palyginus ankstyvąją Žemės atmosferą su dabartine, akivaizdūs dideli skirtumai. Tačiau perėjimas nuo redukuojančios atmosferos, nuodingos iki daugumos šiuolaikinių gyvybės formų, į dabartinę atmosferą, kurioje gausu deguonies, truko apie 2 milijardus metų - beveik pusę Žemės gyvenimo trukmės.
Iškastiniai duomenys rodo, kad ankstyviausios gyvybės formos Žemėje buvo bakterijos. Cianobakterijos, kurios yra fotosintezės bakterijos, ir giliavandenėse angose randamos chemosintetinės bakterijos klesti deguonies trūkumo atmosferoje.
Šio tipo bakterijos gali klestėti antrojoje Žemės atmosferoje. Įrodymai rodo, kad jie ilgai klestėjo, laimingai pavertę anglies dvideginį į maistą ir išskirdami deguonį kaip atlieką.
Iš pradžių deguonis kartu su daug geležies turinčiomis uolienomis sudarė pirmąjį rūdį uolienų rekorde. Bet galiausiai išsiskyręs deguonis viršijo gamtos galimybes kompensuoti. Cianobakterijos palaipsniui užteršė savo aplinką deguonimi ir sukėlė dabartinę Žemės atmosferą.
Cianobakterijoms gesinant deguonį, saulės spinduliai skaldė amoniaką atmosferoje. Amoniakas suyra į azotą ir vandenilį. Azotas palaipsniui kaupėsi atmosferoje, tačiau vandenilis, kaip ir pirmoji Žemės atmosfera, palaipsniui išbėgo į kosmosą.
Dabartinė Žemės atmosfera
Maždaug prieš 2 milijardus metų įvyko perėjimas iš vulkaninių dujų atmosferos į dabartinę azoto ir deguonies atmosferą. Deguonies ir anglies dvideginio santykis per pastaruosius metus svyravo, o deguonies turtingas aukštis siekė apie 35 proc Anglies periodas (Prieš 300-355 mln. Metų), o deguonies kiekis beveik 15 proc. Netoli pabaigos Permės laikotarpis (Prieš 250 milijonų metų).
Šiuolaikinėje atmosferoje yra apie 78 proc. Azoto, 21 proc. Deguonies, 0,9 proc. Argono ir 0,1 proc. Kitų dujų, įskaitant vandens garus ir anglies dioksidą. Šis santykis su tam tikrais deguonies ir anglies dioksido santykio svyravimais leido vystytis gyvybei Žemėje.
Ir atvirkščiai, fotosintezuojančių augalų ir kvėpuojančių gyvūnų sąveika palaiko dabartinį atmosferos dujų santykį.