Когда обломки Солнечной системы объединились в планеты, которые сейчас вращаются вокруг Солнца, большинство легчайших газов образовали короткую тонкую атмосферу вокруг вращающегося шара из камней, который стал Землей.
С тех пор атмосфера изменилась, и она продолжает приспосабливаться к жизни. Системы Земли сегодня остаются такими же динамичными, как и в те времена на раннем этапе истории Земли.
Самая ранняя атмосфера Земли
Самая ранняя атмосфера Земли предшествует или, возможно, совпадает с окончательным накоплением материала, который сейчас формирует планету. Водород, гелий и водородсодержащие соединения ненадолго окружили формирующуюся Землю.
Часть этих легких газов, оставшихся от Солнца, ускользнула от земной гравитации. Земля еще не сформировала свое железное ядро, поэтому в отсутствие защитного магнитного поля мощный солнечный ветер сдул световые элементы, окружающие протоземлю.
Вторая атмосфера Земли
Второй слой газов, окружавший Землю, можно было бы назвать первой «настоящей» атмосферой Земли. Вращающийся шар расплавленного материала, образовавшийся из обломков формирующейся солнечной системы, пузырился и перемешивался. Радиоактивный распад, трение и остаточное тепло удерживали Землю в расплавленном состоянии на полмиллиарда лет.
В течение этого времени из-за разницы в плотности более тяжелые элементы Земли опускались к развивающемуся ядру Земли, а более легкие элементы поднимались к поверхности. Вулканические извержения высвободили газы, и началось формирование атмосферы.
Атмосфера Земли сформировалась из газов, выделяемых постоянной вулканической активностью. Газовая смесь была бы очень похожа на состав, образовавшийся во время современных извержений вулканов. Эти газы включают:
- Водяной пар
- Углекислый газ
- Диоксид серы
- Сероводород
- Монооксид углерода
- Сера
- Хлор
- Азот
- Соединения азота, такие как аммиак, водород и метан
Отсутствие ржавчины в ранних породах, богатых железом, показывает, что в ранней атмосфере Земли не было свободного кислорода среди газов.
Когда Земля остыла и скопились газы, водяной пар в конечном итоге начал конденсироваться в густые облака, и начались дожди. Этот дождь продолжался миллионы лет, в конечном итоге сформировав первый океан Земли. С тех пор океан стал неотъемлемой частью истории атмосферы.
Третье формирование атмосферы Земли
Когда мы сравниваем раннюю атмосферу Земли с ее нынешней, очевидны основные различия. Но переход от восстановительной атмосферы, ядовитой для большинства современных форм жизни, к нынешней атмосфере, богатой кислородом, занял около 2 миллиардов лет, почти половину продолжительности жизни Земли.
Ископаемые остатки показывают, что самыми ранними формами жизни на Земле были бактерии. Цианобактерии, которые являются бактериями, способными к фотосинтезу, и хемосинтетические бактерии, обнаруженные в глубоководных жерлах, процветают в атмосфере с низким содержанием кислорода.
Эти типы бактерий могут процветать во второй атмосфере Земли. Факты показывают, что они действительно процветали в течение долгого времени, успешно превращая углекислый газ в пищу и выделяя кислород в качестве побочного продукта.
Сначала кислород соединился с богатыми железом породами, образуя первую ржавчину в летописи породы. Но в конце концов выделившийся кислород превысил способность природы компенсировать это. Цианобактерии постепенно загрязняли окружающую среду кислородом и вызывали развитие нынешней атмосферы Земли.
В то время как цианобактерии производили кислород, солнечный свет разрушал аммиак в атмосфере. Аммиак разлагается на азот и водород. Азот постепенно накапливался в атмосфере, но водород, как и первая атмосфера Земли, постепенно уходил в космос.
Текущая атмосфера Земли
Около 2 миллиардов лет назад произошел переход от вулканической газовой атмосферы к нынешней азотно-кислородной атмосфере. Соотношение кислород-углекислый газ в прошлом колебалось, достигнув высокого содержания кислорода около 35 процентов во время Каменноугольный период (300-355 миллионов лет назад) и низкий уровень кислорода около 15 процентов ближе к концу Пермский период (250 миллионов лет назад).
Современная атмосфера содержит около 78 процентов азота, 21 процент кислорода, 0,9 процента аргона и 0,1 процента других газов, включая водяной пар и углекислый газ. Это соотношение, с некоторыми колебаниями соотношения кислород-углекислый газ, позволило развитию жизни на Земле.
И наоборот, взаимодействие между фотосинтезирующими растениями и дышащими животными поддерживает текущее соотношение газов в атмосфере.