Kad Saules sistēmas gruveši saplūda planētās, kas tagad riņķo ap Sauli, lielākā daļa vieglāko gāzu veidoja īsu, plānu atmosfēru ap vērpošo akmeņu bumbu, kas kļuva par Zemi.
Kopš tā laika atmosfēra ir mainījusies, un tā turpina pielāgoties dzīvei. Zemes sistēmas mūsdienās paliek tikpat dinamiskas kā agrīnā Zemes vēsturē.
Zemes agrākā atmosfēra
Zemes agrākā atmosfēra pirms vai varbūt sakrīt ar materiāla galīgo uzkrāšanos, kas tagad veido planētu. Ūdeņradis, hēlijs un ūdeņradi saturošie savienojumi īslaicīgi ieskauj veidojošo Zemi.
Daļa šo vieglo gāzu, kas palikušas no Saules, izvairījās no Zemes gravitācijas. Zeme vēl nebija izveidojusi savu dzelzs kodolu, tāpēc bez aizsargājoša magnētiskā lauka Saules spēcīgais Saules vējš aizpūta gaismas elementus, kas ap Zemi.
Zemes otrā atmosfēra
Otro gāzu slāni, kas ieskauj Zemi, var droši saukt par Zemes pirmo "īsto" atmosfēru. Izkausētā materiāla vērpšanas bumba izveidojās no veidojošās Saules sistēmas gruvešiem, kas burbuļoja un sasmalcināja. Radioaktīvā sabrukšana, berze un atlikušais siltums Zemi pusmiljardu gadu uzturēja izkusušā stāvoklī.
Šajā laikā blīvuma atšķirības izraisīja Zemes smagāko elementu nogrimšanu uz Zemes jaunattīstības kodolu un vieglāku elementu pacelšanos uz virsmas. Vulkāna izvirdumi atbrīvoja gāzes, un sākās atmosfēras veidošanās.
Zemes atmosfēra izveidojās no gāzēm, kuras izdalīja pastāvīga vulkāniskā darbība. Gāzes maisījums būtu līdzīgs mūsdienu vulkāna izvirdumu laikā izdalītajam sastāvam. Šīs gāzes ietver:
- Ūdens tvaiki
- Oglekļa dioksīds
- Sēra dioksīds
- Ūdeņraža sulfīds
- Oglekļa monoksīds
- Sērs
- Hlors
- Slāpeklis
- Slāpekļa savienojumi, piemēram, amonjaks, ūdeņradis un metāns
Rūsas trūkums agrīnā ar dzelzi bagātajos iežos liecina, ka agrīnā Zemes atmosfērā starp gāzēm nebija brīva skābekļa.
Kad Zeme atdzisa un uzkrājās gāzes, ūdens tvaiki galu galā sāka kondensēties biezos mākoņos, un sākās lietavas. Šis lietus turpinājās miljoniem gadu, galu galā veidojot Zemes pirmo okeānu. Kopš tā laika okeāns ir neatņemama atmosfēras vēstures sastāvdaļa.
Zemes trešā atmosfēras veidošanās
Salīdzinot agrīno Zemes atmosfēru ar pašreizējo, ir acīmredzamas lielas atšķirības. Bet pāreja no reducējošās atmosfēras, kas ir indīga uz mūsdienu modernākajām dzīves formām, uz pašreizējo ar skābekli bagāto atmosfēru prasīja apmēram 2 miljardus gadu, kas ir gandrīz puse no Zemes dzīves ilguma.
Fosilie pierādījumi liecina, ka agrākās dzīvības formas uz Zemes bija baktērijas. Cianobaktērijas, kas ir fotosintēzes spējīgas baktērijas, un ķīmijsintētiskās baktērijas, kas atrodamas dziļūdens atverēs, plaukst atmosfērā, kurā ir maz skābekļa.
Šāda veida baktērijas varētu attīstīties Zemes otrajā atmosfērā. Pierādījumi liecina, ka viņi ilgu laiku uzplauka, laimīgi pārvēršot oglekļa dioksīdu pārtikā un izdalot skābekli kā atkritumu produktu.
Sākumā skābeklis apvienojās ar ar dzelzi bagātiem akmeņiem, veidojot pirmo rūsu klinšu rekordā. Bet galu galā izdalītais skābeklis pārsniedza dabas spēju kompensēt. Cianobaktērijas pamazām piesārņoja savu vidi ar skābekli un izraisīja Zemes pašreizējās atmosfēras attīstību.
Kamēr zilaļģes sūc skābekli, saules gaisma atmosfērā noārda amonjaku. Amonjaks sadalās slāpeklī un ūdeņradī. Slāpeklis pamazām uzkrājas atmosfērā, bet ūdeņradis, tāpat kā Zemes pirmā atmosfēra, pamazām aizbēga kosmosā.
Zemes pašreizējā atmosfēra
Apmēram pirms 2 miljardiem gadu notika pāreja no vulkāniskās gāzes atmosfēras uz pašreizējo slāpekļa-skābekļa atmosfēru. Skābekļa un oglekļa dioksīda attiecība pagātnē ir svārstījusies, sasniedzot ar skābekli bagātu augstāko līmeni, kas ir aptuveni 35 procenti Oglekļa periods (Pirms 300-355 miljoniem gadu) un skābekļa līmenis ir aptuveni 15 procenti tuvu Permas periods (Pirms 250 miljoniem gadu).
Mūsdienu atmosfērā ir aptuveni 78 procenti slāpekļa, 21 procents skābekļa, 0,9 procenti argona un 0,1 procents citu gāzu, ieskaitot ūdens tvaikus un oglekļa dioksīdu. Šī attiecība ar dažām skābekļa un oglekļa dioksīda attiecības svārstībām ļāva attīstīties dzīvībai uz Zemes.
Un otrādi - mijiedarbība starp fotosintezējošiem augiem un dzīvnieku elpošanu uztur pašreizējo gāzu atmosfēras attiecību.