Keď sa trosky slnečnej sústavy spájali do planét, ktoré teraz obiehajú okolo Slnka, väčšina najľahších plynov vytvorila krátku tenkú atmosféru okolo rotujúcej gule hornín, z ktorej sa stala Zem.
Odvtedy sa atmosféra zmenila a naďalej sa prispôsobuje životu. Systémy Zeme zostávajú dnes rovnako dynamické ako v priebehu ranej histórie Zeme.
Najskoršia atmosféra Zeme
Najstaršia atmosféra Zeme predchádza alebo sa možno zhoduje s konečným hromadením materiálu, ktorý teraz formuje planétu. Vodík, hélium a zlúčeniny obsahujúce vodík krátko obklopili formujúcu sa Zem.
Časť týchto ľahkých plynov, zvyšky zo Slnka, unikli gravitácii Zeme. Zem ešte nevyvinula svoje železné jadro, takže bez ochranného magnetického poľa silný slnečný vietor Slnka odfúkol svetelné prvky obklopujúce protozemu.
Druhá atmosféra Zeme
Druhá vrstva plynov, ktorá obklopovala Zem, by sa dala nazvať prvou „skutočnou“ atmosférou Zeme. Točivá guľa roztaveného materiálu sa vyvinula z trosiek formujúcej sa slnečnej sústavy, ktoré bublali a vírili. Rádioaktívny rozpad, trenie a zvyškové teplo udržovali Zem v roztavenom stave po dobu pol miliardy rokov.
Počas tejto doby rozdiely v hustote spôsobili, že ťažšie prvky Zeme klesli k vyvíjajúcemu sa jadru Zeme a ľahšie prvky stúpali k povrchu. Sopečné erupcie uvoľňovali plyny a začalo sa formovanie atmosféry.
Zemská atmosféra sa formovala z plynov uvoľňovaných konštantnou sopečnou činnosťou. Plynná zmes by bola veľmi podobná zloženiu uvoľnenému počas moderných sopečných erupcií. Medzi tieto plyny patria:
- Vodná para
- Oxid uhličitý
- Oxid siričitý
- Sírovodík
- Oxid uhoľnatý
- Síra
- Chlór
- Dusík
- Zlúčeniny dusíka ako amoniak, vodík a metán
Nedostatok hrdze v počiatočných horninách bohatých na železo ukazuje, že v rannej atmosfére Zeme nebol medzi plynmi žiadny voľný kyslík.
Keď sa Zem ochladila a hromadili sa plyny, vodná para sa nakoniec začala zrážať do hustých mrakov a začali dažde. Tento dážď pokračoval milióny rokov a nakoniec vytvoril prvý oceán Zeme. Oceán bol odvtedy neoddeliteľnou súčasťou histórie atmosféry.
Tretia formácia atmosféry Zeme
Keď porovnáme rannú atmosféru Zeme s jej súčasnou, sú zrejmé veľké rozdiely. Ale zmena z redukčnej atmosféry, jedovatej na najmodernejšie formy života, do súčasnej atmosféry bohatej na kyslík trvala asi 2 miliardy rokov, čo bola takmer polovica životnosti Zeme.
Fosílne dôkazy ukazujú, že najskoršie formy života na Zemi boli baktérie. Sinice, čo sú baktérie schopné fotosyntézy, a chemosyntetickým baktériám nachádzajúcim sa v hlbokomorských prieduchoch sa darí v atmosfére s nedostatkom kyslíka.
Tieto druhy baktérií by mohli prosperovať v druhej atmosfére Zeme. Dôkazy ukazujú, že sa im dlho darilo, šťastne premieňali oxid uhličitý na jedlo a uvoľňovali kyslík ako odpadový produkt.
Spočiatku sa kyslík kombinoval s horninami bohatými na železo a tvoril prvú hrdzu v horninovom zázname. Ale nakoniec uvoľnený kyslík prekročil schopnosť prírody kompenzovať. Sinice postupne znečisťovali svoje prostredie kyslíkom a spôsobovali vývoj súčasnej zemskej atmosféry.
Zatiaľ čo sinice chrlili kyslík, slnečné svetlo rozkladalo amoniak v atmosfére. Amoniak sa rozkladá na dusík a vodík. Dusík sa v atmosfére postupne hromadil, ale vodík, podobne ako prvá atmosféra Zeme, postupne unikal do vesmíru.
Súčasná atmosféra Zeme
Asi pred 2 miliardami rokov nastal prechod z vulkanickej plynovej atmosféry do súčasnej atmosféry dusík-kyslík. Pomer kyslíka a oxidu uhličitého v minulosti kolísal a počas roku dosiahol maximum bohaté na kyslík asi 35 percent Obdobie karbónu (Pred 300 - 355 miliónmi rokov) a nízky obsah kyslíka asi 15 percent ku koncu roka Permské obdobie (Pred 250 miliónmi rokov).
Moderná atmosféra obsahuje asi 78 percent dusíka, 21 percent kyslíka, 0,9 percenta argónu a 0,1 percenta ďalších plynov vrátane vodnej pary a oxidu uhličitého. Tento pomer, s určitými výkyvmi pomeru kyslíka a oxidu uhličitého, umožnil vývoj života na Zemi.
Naopak, interakcie medzi fotosyntetizujúcimi rastlinami a dýchajúcimi zvieratami udržiavajú súčasný atmosférický pomer plynov.