Πώς σχηματίστηκε η ατμόσφαιρα της Γης

Συχνές ερωτήσεις, Μάιος 2005

Η πρωταρχική ατμόσφαιρα της Γης πρέπει να πρωτοεμφανίστηκε, κατά πάσα πιθανότητα, λίγο αργότερα από τη δημιουργία της Γης, όταν άρχισε να δημιουργείται σαν λεπτή μορφή κρούστας ο στερεός φλοιός της, δηλαδή πριν από 4 έως 6 δισεκατομμύρια χρόνια. Η δε σύσταση της ήταν πολύ διαφορετική από τη σημερινή. Κατά την περίοδο αυτή άρχισαν να εκλύονται από το διάπυρο μίγμα από το οποίο αποτελούνταν μέχρι τότε η Γη, αέρια, όπως CO₂ και Ν₂, και υδρατμοί που υπήρχαν διαλυμένοι σε αυτό. Παρόμοια σύσταση έχουν σήμερα τα αέρια που προέρχονται από τις ηφαιστειακές εκρήξεις.

Στο αρχικό στάδιο της δημιουργίας της η Γη ήταν μια διάπυρη σφαιροειδής μάζα με επιφανειακή θερμοκρασία 8.000° C, που περιβαλλόταν από μια πυκνή και θερμή μάζα αερίων. Τα αέρια αυτά ήταν το υδρογόνο και το ήλιο, καθώς επίσης και ενώσεις του υδρογόνου, όπως το μεθάνιο και η αμμωνία. Λόγω της μεγάλης τους θερμοκρασίας και της μικρής μοριακής τους μάζας, τα αέρια αυτά διέφυγαν, σε μεγάλο ποσοστό, στο Διάστημα.

Καθώς η Γη ψυχόταν, σχηματίστηκε ένας στερεός φλοιός και τα αέρια που ήταν διαλυμένα στην πυρακτωμένη μάζα άρχισαν να εκλύονται από την επιφάνεια της. Έτσι σχηματίστηκε μια δεύτερη ατμόσφαιρα από αέρια που και σήμερα εκλύονται από τα ηφαίστεια, κυρίως υδρατμούς (περίπου 85%), διοξείδιο του άνθρακα (περίπου 10%) και άζωτο. Καθώς η Γη συνέχιζε να ψύχεται, σχηματίστηκαν σύννεφα και υπήρξαν ραγδαίες βροχοπτώσεις για χιλιάδες χρόνια, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ποταμών, λιμνών και θαλασσών. Το γεγονός αυτό ελάττωσε τη συγκέντρωση των υδρατμών στην ατμόσφαιρα, ενώ μεγάλο ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα μεταφέρθηκε στην επιφάνεια της Γης, παραμένοντας σε διάλυση στις υδάτινες μάζες, όπου σε μεγάλο ποσοστό δεσμεύθηκε σε ανθρακικά ιζήματα. Έτσι, το χημικά αδρανές άζωτο έγινε το κυρίαρχο αέριο στην ατμόσφαιρα.

Όσον αφορά το οξυγόνο, αρχικά δημιουργήθηκε από τη φωτοδιάσπαση μορίων νερού από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, η οποία στα αρχικά στάδια της δημιουργίας του ηλιακού συστήματος ήταν πολλές φορές μεγαλύτερη από τη σημερινή. Το συγχρόνως παραγόμενο υδρογόνο, λόγω του μικρού μοριακού του βάρους, ανήλθε στις ανώτερες περιοχές της ατμόσφαιρας και σε μεγάλο ποσοστό διέφυγε στο Διάστημα. Το οξυγόνο παρέμενε στην ατμόσφαιρα, αυξάνοντας συνεχώς τη συγκέντρωση του, ώστε αυτή πριν από 2 έως 3 δισεκατομμύρια χρόνια να είναι ικανή να επιτρέψει την ανάπτυξη των πρώτων φυτικών μορφών. Εν συνεχεία αυτές μέσω της φωτοσύνθεσης, αύξησαν τη συγκέντρωση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα σε επίπεδα ικανά να συντηρήσουν ανώτερες φυτικές μορφές, οι οποίες συνέτειναν στην περαιτέρω αύξηση του οξυγόνου.

Τα ευγενή αέρια που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα είναι προϊόντα ραδιενεργών διασπάσεων. Ενώ τα υπόλοιπα αέρια προέρχονται από ηφαιστειακές εκλύσεις, βιολογικές διεργασίες και φωτοχημικές αντιδράσεις.

Η ατμόσφαιρα απέκτησε τη σημερινή της χημική σύσταση πριν από δύο περίπου δισεκατομμύρια χρόνια. Κατά την τελευταία αυτή περίοδο η χημική σύσταση της ατμόσφαιρας πρέπει να έχει παρουσιάσει ασήμαντες μόνο μεταβολές.

Αρχικά η πολύ υψηλή θερμοκρασία του στερεού φλοιού της Γης, ο οποίος βρισκόταν σε διάπυρη σχεδόν κατάσταση, προκαλούσε εξάτμιση της βροχής πολύ πριν φτάσει στο έδαφος. Τα τελευταία 40.000 χρόνια η θερμοκρασία της επιφάνειας του στερεού φλοιού είχε υποχωρήσει αρκετά, ώστε η βροχή να φτάνει στο έδαφος. Η βροχή αυτή διέλυσε και απομάκρυνε προς το έδαφος το μεγαλύτερο τμήμα του CO₂ της ατμόσφαιρας, σχηματίζοντας μεγάλες μάζες ανθρακούχων βράχων.

Η δημιουργία του Ο₂ πραγματοποιήθηκε αργότερα. Κατά μία θεωρία προήλθε από τη διάσπαση σε άτομα υδρογόνου και οξυγόνου των υδρατμών, οι οποίοι είχαν μεταφερθεί από ανοδικά ρεύματα στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, λόγω της επίδρασης των υπεριωδών ακτινών του Ήλιου. Το υδρογόνο διαχύθηκε προς την εξώτερη στοιβάδα της ατμόσφαιρας και διέφυγε προς τον αστρικό χώρο, ενώ τα άτομα του οξυγόνου συνενώθηκαν και δημιούργησαν το μοριακό οξυγόνο. Ένα τμήμα του οξυγόνου που υπάρχει σήμερα στην ατμόσφαιρα εικάζεται ότι προήλθε και από τη φωτοσύνθεση των φυτών.

Πηγή: Εκπαιδευτική Εγκυκλοπαίδεια