Geowissenschaften

Entwicklung der Atmosphäre Geschichte, Zusammensetzung, Veränderungen und Fakten

Evolution der Atmosphäre , die Entwicklung der Erde ‚s Atmosphäre über geologische Zeit . Der Prozess, durch den die aktuelle Atmosphäre aus früheren Bedingungen entstand, ist komplex; Es gibt jedoch zahlreiche Hinweise auf die Entwicklung der Erdatmosphäre, obwohl indirekt. Alte Sedimente und Gesteine ​​zeichnen frühere Veränderungen der atmosphärischen Zusammensetzung aufgrund chemischer Reaktionen mit der Erdkruste und insbesondere aufgrund biochemischer Prozesse auf, die mit dem Leben verbunden sind.

Die ursprüngliche Erdatmosphäre war reich an Methan ,Ammoniak ,Wasserdampf, und das Edelgas Neon , aber es fehlte freiSauerstoff . Es ist wahrscheinlich, dass Hunderte von Millionen von Jahren die erste biologische Produktion von Sauerstoff durch einzellige Organismen und deren eventuelle Anreicherung in der Atmosphäre getrennt haben.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre enthält viele Informationen, die sich auf ihre Herkunft beziehen. Darüber hinaus zeigen die Art und Variationen der Nebenkomponenten weitreichende Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, terrestrischer Umgebung und Biota.

Die Entwicklung der Atmosphäre und solche Wechselwirkungen werden in diesem Artikel diskutiert, wobei dem Anstieg des biologisch erzeugten molekularen Sauerstoffs O 2 als Hauptbestandteil von besondere Aufmerksamkeit geschenkt wirdLuft . Informationen zur modernen Chemie und Physik der Atmosphäre finden Sie unter Atmosphäre .

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Konzepte zur atmosphärischen Entwicklung

Eine vollständige Rekonstruktion des Ursprungs und der Entwicklung der Atmosphäre würde zu jeder Zeit Details ihrer Größe und Zusammensetzung während der 4,5 Milliarden Jahre seit der Entstehung der Erde beinhalten. Dieses Ziel könnte nicht erreicht werden, ohne die Wege und Raten von Angebot und Verbrauch aller atmosphärischen Bestandteile jederzeit zu kennen. Informationen zu diesen besonderen Prozessen sind jedoch selbst für die gegenwärtige Atmosphäre unvollständig, und es gibt fast keine direkten Hinweise auf atmosphärische Bestandteile und deren Angebots- und Verbrauchsraten in der Vergangenheit.

Der Kontrast zu verwandten Bereichen der Erdgeschichte ist bemerkenswert. Fossilien und andere strukturelle und chemische Details antiker Gesteine ​​liefern Informationen, die für Evolutionsbiologen und historische Geologen nützlich sind, aber antike Atmosphären, „bloße Dämpfe“, haben keine so wesentlichen Überreste hinterlassen. Diese Dämpfe sind jedoch das Zeug der Sterne und die bewegende Kraft von Stürmen und Erosion .

Die Atmosphäre als Teil der Kruste

Für den Erdwissenschaftler ist der Die Kruste umfasst nicht nur die oberste Schicht aus festem Material (Boden und Gesteine ​​bis zu einer Tiefe von 6 bis 70 km, die durch Dichteunterschiede und Anfälligkeit für oberflächliche geologische Prozesse vom darunter liegenden Mantel getrennt sind), sondern auch die Hydrosphäre (Ozeane, Oberflächengewässer an Land und Grundwasser unter der Landoberfläche) und die Atmosphäre. Wechselwirkungen zwischen diesen festen, flüssigen und gasförmigen Teilen der Kruste sind so häufig und gründlich, dass ihre getrennte Betrachtung mehr Komplexität mit sich bringt, als sie beseitigt. Eine Beschreibung der Geschichte der Atmosphäre muss sich daher mit allen befassenflüchtige Bestandteile der Kruste.

Materialien

Flüchtige Verbindungen sowie Elemente, die in gegenwärtigen und vergangenen Atmosphären oder bei Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Biosphäre und anderen Teilen der Kruste wichtig sind, umfassen Folgendes:

  1. Gegenwärtige Hauptkomponenten: molekular Stickstoff (N 2 ) und molekularSauerstoff (O 2 )
  2. Edelgase : Helium (He),Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr) und Xenon (Xe)
  3. Reichlich vorhandene variable Komponenten: Wasserdampf (H 2 O) und Kohlendioxid (CO 2 )
  4. Other components: molecular hydrogen (H2), methane (CH4), carbon monoxide (CO), ammonia (NH3), nitrous oxide (N2O), nitrogen dioxide (NO2), hydrogen sulfide (H2S), dimethyl sulfide [(CH3)2S], sulfur dioxide (SO2), and hydrogen chloride (HCl).

Some elements appear in multiple form—for example, carbon as carbon dioxide, methane, or dimethyl sulfide. It is useful to consider the occurrence of the elements before focusing on the more specific aspects of atmospheric chemistry (the forms in which the elements are present). One can speak of Earth’s “inventory of volatiles,” recognizing that the components of the inventory may be reorganized from time to time, but also that it is always composed primarily of the compounds of hydrogen, carbon, nitrogen, and oxygen, along with the noble gases.

Processes

A process that delivers a gas to the atmosphere is termed a source for the gas. Depending on the question under consideration, it can make sense to speak in terms of either an ultimate source—the process that delivered a component of the volatile inventory to Earth—or an immediate source—the process that sustains the abundance of a component of the present atmosphere. Any process that removes gas either chemically, as in the consumption of oxygen during the process of combustion, or physically, as in the loss of hydrogen to space at the top of the atmosphere, is called a sink.

Während der gesamten Geschichte der Atmosphäre waren Quellen und Senken oft gleichzeitig vorhanden. Während ein Prozess eine bestimmte Komponente verbraucht, produziert ein anderer sie und die Konzentration dieser Komponente in der Atmosphäre steigt oder fällt in Abhängigkeit von den relativen Stärken der Quellen und Senken. Wenn diese Stärken ausgeglichen sind (oder fast), ändert sich die Zusammensetzung der Atmosphäre nicht (oder nur sehr langsam, möglicherweise unmerklich). Die Moleküle des betreffenden Gases passieren jedoch die Atmosphäre und sind nicht dauerhaft ansässig. Die Geschwindigkeit des resultierenden Umsatzes von Molekülen in der Atmosphäre wird ausgedrückt alsVerweilzeit , die durchschnittliche Zeit, die ein Molekül in der Atmosphäre verbringt, nachdem es eine Quelle verlassen hat und bevor es auf eine Senke trifft.