Gdy szczątki Układu Słonecznego połączyły się w planety krążące teraz wokół Słońca, większość najlżejszych gazów utworzyła krótką, cienką atmosferę wokół wirującej kuli skał, która stała się Ziemią.
Od tego czasu atmosfera się zmieniła i nadal dostosowuje się do życia. Systemy ziemskie pozostają dziś tak dynamiczne, jak były podczas tej wczesnej historii Ziemi.
Najwcześniejsza atmosfera na Ziemi
Najwcześniejsza atmosfera Ziemi poprzedza, a może zbiega się z ostatecznym nagromadzeniem materiału, który teraz tworzy planetę. Wodór, hel i związki zawierające wodór na krótko otoczyły tworzącą się Ziemię.
Część tych lekkich gazów, resztki Słońca, uciekła ziemskiej grawitacji. Ziemia nie rozwinęła jeszcze swojego żelaznego jądra, więc bez ochronnego pola magnetycznego potężny słoneczny wiatr słoneczny zdmuchnął lekkie pierwiastki otaczające proto-Ziemię.
Druga atmosfera Ziemi
Drugą warstwę gazów otaczającą Ziemię można prawdopodobnie nazwać pierwszą „prawdziwą” atmosferą Ziemi. Wirująca kula stopionego materiału powstała z szczątków formującego się Układu Słonecznego bulgotała i wirowała. Rozpad radioaktywny, tarcie i ciepło resztkowe utrzymywały Ziemię w stanie stopionym przez pół miliarda lat.
W tym czasie różnice w gęstości powodowały, że cięższe pierwiastki Ziemi opadały w kierunku rozwijającego się jądra Ziemi, a lżejsze pierwiastki unosiły się ku powierzchni. Erupcje wulkanów uwolniły gazy i rozpoczęło się tworzenie atmosfery.
Atmosfera ziemska powstała z gazów uwalnianych przez stałą aktywność wulkaniczną. Mieszanina gazów byłaby bardzo podobna do składu uwolnionego podczas współczesnych erupcji wulkanicznych. Te gazy obejmują:
- Para wodna
- Dwutlenek węgla
- Dwutlenek siarki
- Siarkowodór
- Tlenek węgla
- Siarka
- Chlor
- Azot
- Związki azotu, takie jak amoniak, wodór i metan
Brak rdzy we wczesnych skałach bogatych w żelazo wskazuje, że wśród gazów we wczesnej atmosferze Ziemi nie było wolnego tlenu.
Gdy Ziemia ochłodziła się i nagromadziły się gazy, para wodna w końcu zaczęła kondensować w gęste chmury i zaczęły się deszcze. Deszcz ten trwał miliony lat, ostatecznie tworząc pierwszy ocean na Ziemi. Od tego czasu ocean jest integralną częścią historii atmosfery.
Trzecia formacja atmosfery Ziemi
Kiedy porównamy wczesną atmosferę Ziemi z jej obecną, widoczne są główne różnice. Jednak przejście z redukującej atmosfery, trującej do większości nowoczesnych form życia, do obecnej atmosfery bogatej w tlen zajęło około 2 miliardów lat, prawie połowę długości życia Ziemi.
Dowody kopalne pokazują, że najwcześniejsze formy życia na Ziemi to bakterie. Cyjanobakteria, które są bakteriami zdolnymi do fotosyntezy, a bakterie chemosyntetyczne znajdujące się w głębokich otworach morskich rozwijają się w atmosferze zubożonej w tlen.
Tego typu bakterie mogą rozwijać się w drugiej atmosferze Ziemi. Dowody pokazują, że prosperowali przez długi czas, z radością przekształcając dwutlenek węgla w żywność i uwalniając tlen jako produkt odpadowy.
Początkowo tlen łączył się ze skałami bogatymi w żelazo, tworząc pierwszą rdzę w zapisie skalnym. Ale ostatecznie uwolniony tlen przekroczył zdolność natury do kompensacji. Sinice stopniowo zanieczyszczały środowisko tlenem i powodowały rozwój obecnej atmosfery Ziemi.
Podczas gdy cyjanobakterie produkowały tlen, światło słoneczne rozkładało amoniak w atmosferze. Amoniak rozkłada się na azot i wodór. Azot stopniowo gromadził się w atmosferze, ale wodór, podobnie jak pierwsza atmosfera Ziemi, stopniowo uciekał w kosmos.
Obecna atmosfera Ziemi
Około 2 miliardy lat temu nastąpiło przejście z atmosfery gazów wulkanicznych do obecnej atmosfery azotowo-tlenowej. Stosunek tlenu do dwutlenku węgla wahał się w przeszłości, osiągając bogaty w tlen wysoki poziom około 35 procent w ciągu Okres karboński (300-355 milionów lat temu) i niski poziom tlenu wynoszący około 15 procent pod koniec Okres permski (250 milionów lat temu).
Współczesna atmosfera zawiera około 78% azotu, 21% tlenu, 0,9% argonu i 0,1% innych gazów, w tym pary wodnej i dwutlenku węgla. Ten stosunek, z pewnymi wahaniami stosunku tlenu do dwutlenku węgla, umożliwił rozwój życia na Ziemi.
I odwrotnie, interakcje między fotosyntetyzującymi roślinami a oddychającymi zwierzętami utrzymują obecny stosunek gazów do atmosfery.
