บรรยากาศดั้งเดิมของโลกทำมาจากอะไร?

โลกก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน พร้อมกับดาวเคราะห์อีกเจ็ดดวงในระบบสุริยะ เมื่อโลกเย็นตัวลง บรรยากาศดึกดำบรรพ์ก็เกิดขึ้นจากการระเบิดของภูเขาไฟในยุคแรกๆ บรรยากาศในยุคแรกนั้นไม่มีออกซิเจนและอาจเป็นพิษต่อมนุษย์ เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ส่วนใหญ่บนโลกในปัจจุบัน

เชื่อว่าโลกได้ก่อตัวขึ้นจากก๊าซและฝุ่นที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ก๊าซส่วนใหญ่จะประกอบด้วยธาตุที่เบากว่า เช่น ไฮโดรเจนและฮีเลียม โลกยุคแรกมีไฮโดรเจนและฮีเลียมจำนวนมากในชั้นบรรยากาศ และสิ่งนี้จะค่อยๆ หลบหนีไปในอวกาศเนื่องจากก๊าซเหล่านี้มีมวลต่ำ ทุกวันนี้ ไฮโดรเจนและฮีเลียมมีสัดส่วนน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ของชั้นบรรยากาศโลก

ไอน้ำเกิดจากการปะทุของภูเขาไฟในช่วงแรก และจากดาวหางที่อุ้มน้ำซึ่งกระทบพื้นโลกด้วย ไอน้ำยังคงอยู่ในรูปของก๊าซ เนื่องจากโลกยุคแรกนั้นร้อนเกินกว่าที่น้ำจะดำรงอยู่ในรูปของเหลวได้ มหาสมุทรน้ำที่เป็นของเหลวไม่ปรากฏขึ้นจนกระทั่งประมาณหนึ่งพันล้านปีหลังจากที่โลกก่อตัวขึ้น

คาร์บอนไดออกไซด์ถูกปล่อยออกมาจากภูเขาไฟบนโลกยุคแรก และเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศของมัน เมื่อโลกมีอายุมากขึ้น ปริมาณการปะทุของภูเขาไฟก็ลดลง และสิ่งมีชีวิตบางชนิดเริ่มใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในการสังเคราะห์แสง ส่งผลให้ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ลดลงอย่างต่อเนื่อง บรรยากาศวันนี้ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เพียง 0.04 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น

ภูเขาไฟบนโลกยุคแรกยังผลิตไนโตรเจน ซึ่งกลายเป็นองค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศ ไนโตรเจนมีความจำเป็นต่อการสร้างส่วนประกอบสำคัญของชีวิต เช่น กรดอะมิโน ปัจจุบัน ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่ใหญ่ที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลก โดยคิดเป็นประมาณร้อยละ 78 ของก๊าซทั้งหมด

ไม่มีออกซิเจนในบรรยากาศยุคแรก ๆ จนกระทั่งสิ่งมีชีวิตธรรมดาพัฒนาความสามารถในการสังเคราะห์แสง ในระหว่างกระบวนการนี้ แสงแดดและคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกใช้เพื่อสร้างพลังงาน โดยปล่อยออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ การศึกษาทางธรณีเคมีแนะนำว่าออกซิเจนกลายเป็นส่วนประกอบของบรรยากาศประมาณ 2 พันล้านปีหลังจากที่โลกก่อตัวขึ้น อะตอมออกซิเจนส่วนเล็กๆ ถูกพันธะเพื่อสร้างโอโซน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยออกซิเจนสามอะตอม ในบรรยากาศชั้นบน ทุกวันนี้ ออกซิเจนคิดเป็นประมาณ 21 เปอร์เซ็นต์ของก๊าซในชั้นบรรยากาศและจำเป็นต่อชีวิต สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้ออกซิเจนโมเลกุลอย่างง่ายเพื่อสร้างพลังงาน ชั้นโอโซนมีบทบาทสำคัญในการดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายในบรรยากาศปัจจุบัน