Da solsystemets rusk smalt sammen i planetene som nå sirkler rundt solen, dannet de fleste av de letteste gassene en kort, tynn atmosfære rundt den roterende kulen av bergarter som ble jorden.
Siden den gang har atmosfæren endret seg, og den fortsetter å tilpasse seg livet. Jordens systemer forblir like dynamiske i dag som de var i den tidlige jordhistorien.
Jordens tidligste atmosfære
Jordens tidligste atmosfære går forut eller sammenfaller med den endelige opphopningen av materiale som nå danner planeten. Hydrogen, helium og hydrogenholdige forbindelser omringet den dannende jorden kort.
En del av disse lette gassene, rester fra solen, slapp unna jordens tyngdekraft. Jorden hadde ennå ikke utviklet sin jernkjerne, så uten noe beskyttende magnetfelt blåste solens kraftige solvind bort lyselementene som omgir proto-jorden.
Jordens andre atmosfære
Det andre laget av gasser som omringet Jorden kan uten tvil kalles Jordens første "ekte" atmosfære. Den roterende kulen av smeltet materiale utviklet seg fra rusk fra det dannende solsystemet boblet og kvernet. Radioaktivt forfall, friksjon og restvarme holdt jorden i smeltet tilstand i en halv milliard år.
I løpet av denne tiden forårsaket tetthetsforskjeller jordens tyngre elementer å synke mot jordens utviklingskjerne og lettere elementer å stige mot overflaten. Vulkanutbrudd frigjorde gasser, og dannelsen av atmosfære begynte.
Jordens atmosfære dannet av gassene som frigjøres av den konstante vulkanske aktiviteten. Gassblandingen ville ha vært omtrent som sammensetningen som ble frigitt under moderne vulkanutbrudd. Disse gassene inkluderer:
- Vanndamp
- Karbondioksid
- Svoveldioksid
- Hydrogensulfid
- Karbonmonoksid
- Svovel
- Klor
- Nitrogen
- Nitrogenforbindelser som ammoniakk, hydrogen og metan
Mangelen på rust i tidlige jernrike bergarter viser at det ikke var noe fritt oksygen blant gassene i jordens tidlige atmosfære.
Da jorden avkjølte og gasser akkumulerte, begynte vanndampen til slutt å kondensere seg i tykke skyer, og regnet begynte. Dette regnet fortsatte i millioner av år og til slutt dannet Jordens første hav. Havet har siden den gang vært en integrert del av atmosfærens historie.
Jordens tredje dannelse av atmosfære
Når vi sammenligner jordens tidlige atmosfære med den nåværende, er store forskjeller åpenbare. Men endringen fra en reduserende atmosfære, giftig til de fleste moderne livsformer, til den nåværende oksygenrike atmosfæren tok omtrent 2 milliarder år, nesten halvparten av jordens levetid.
Fossile bevis viser at de tidligste livsformene på jorden var bakterier. Cyanobakterier, som er bakterier som er i stand til fotosyntese, og kjemosyntetiske bakterier som finnes i havåpninger trives i en oksygenutarmet atmosfære.
Disse typer bakterier kan trives i Jordens andre atmosfære. Bevis viser at de trives lenge, og omdannet karbondioksid til mat og frigjorde oksygen som avfallsprodukt.
Først kombinert oksygen med jernrike bergarter, og utgjorde den første rusten i bergrekorden. Men til slutt overgikk oksygenet som ble frigjort naturens evne til å kompensere. Cyanobakteriene forurenset gradvis miljøet med oksygen og fikk jordens nåværende atmosfære til å utvikle seg.
Mens cyanobakteriene pukket ut oksygen, brøt sollyset ned ammoniakken i atmosfæren. Ammoniakk brytes ned i nitrogen og hydrogen. Nitrogenet ble gradvis bygd opp i atmosfæren, men hydrogenet, som Jordas første atmosfære, slapp gradvis ut i rommet.
Jordens nåværende atmosfære
For omtrent 2 milliarder år siden skjedde overgangen fra den vulkanske gassatmosfæren til den nåværende nitrogen-oksygenatmosfæren. Oksygen-karbondioksidforholdet har svingt i det siste og nådd en oksygenrik høy på ca 35 prosent i løpet av året Karbonperiode (300-355 millioner år siden) og en oksygen lav på omtrent 15 prosent nær slutten av Permperioden (For 250 millioner år siden).
Den moderne atmosfæren inneholder omtrent 78 prosent nitrogen, 21 prosent oksygen, 0,9 prosent argon og 0,1 prosent andre gasser, inkludert vanndamp og karbondioksid. Dette forholdet, med noen svingninger i oksygen-karbondioksidforholdet, har tillatt utvikling av liv på jorden.
Omvendt opprettholder interaksjonen mellom fotosyntetiserende planter og respirerende dyr det nåværende atmosfæriske forholdet mellom gasser.
