地球上的大氣是怎麼形成的?

科學探索菌


個人認為地球的大氣來源有這麼四個:太初物質、火山活動、生物代謝、引力捕獲。



地球大氣小檔案:
地球大氣由氮氣(約78%)、氧氣(約21%)、氬氣(約0.9%)、二氧化碳(0.04%)和其他痕量氣體組成。大多數生物依賴氧氣進行呼吸; 氮則被細菌和以及閃電轉化為可溶性化合物——氨,供生物利用來構建核苷酸和氨基酸; 植物、藻類和藍細菌利用二氧化碳進行光合作用。此外,大氣層還保護生物體免受太陽紫外線輻射、太陽風和宇宙射線對遺傳物質的損害。地球大氣層的當前組成是生物體對古氣候進行數十億年生物化學改造的產物。


太初物質

地球太初大氣成分與地球形成期間,地球所處軌道局部太陽星雲的化學成分、溫度以及隨後的內部氣體逸出有關。地球最初的大氣始於一個旋轉的氣體盤,它們會坍塌形成一系列間隔的環,外層的環可能主要由氣體構成,這些環最後凝聚成行星。剛剛誕生的地球的大氣的主要成分可能由大量的氫氣,也可能存在簡單的氫化物,例如現在在氣體巨行星(木星和土星)中發現的那些,特別是水蒸氣(水是氫化物哦)、甲烷和氨。這個時期的大氣是地球的“第一版大氣”O(∩_∩)O~。


上圖:地球從太陽星雲當中形成的過程,最後一幅是海洋和大氣的形成。


最後,各種複雜因素隨著時間的推移改變了地球的大氣層,使大氣成分發生戲劇性的變化。由於地球沒有像木星、土星那種大型行星那麼大的質量,因此沒有足夠的引力能夠維持頂層氣體(主要是氫、氦),於是氫、氦等低密度氣體就在地球誕生早期慢慢地被太陽風吹走了。

地球太初大氣的成分與現今大氣成分關係不大,因為地球誕生後後續的火山活動、生物活動極大地改變了地球的大氣組成。

太陽系的其它類地行星,如金星和火星,其大氣主要由二氧化碳組成,含有少量的氮,氬,氧和其他氣體。這兩顆行星至少目前被認為沒有生物活動跡象,也就是說其大氣未受到生物代謝改造,因此可以用來作為地球早期(生命誕生前)的大氣成分的參考(僅僅是參考)。


火山活動

火山活動噴發的氣體,以及巨大的小行星對地球進行“狂轟亂炸”後產生的氣體,產生了地球的“下一版本”的大氣層,主要由氮氣、二氧化碳和惰性氣體組成,現在大氣中相當含量的氬氣就是自那個時代留下來的。二氧化碳的部分主要溶解在水中,並在地殼岩石風化過程中與鈣和鎂等金屬反應生成碳酸鹽,形成沉積岩。與水有關的沉積物的發現時間可追溯到38億年前,直到大約34億年前,氮氣形成了當時穩定的“第二版大氣”的主要部分。

上圖:火山噴發對大氣成分以及大氣特性的影響,大氣特徵又會影響生物代謝,因此火山在地球的生態平衡方面扮演的重要的一個影響因素。


生物代謝

在大氣層的發展歷史中,生命的影響很快發揮作用,“第二版大氣”剛一“發佈”就迎來了生命的降生——證據顯示最早的生命形式出現在35億年前。之後,地球“第三版大氣層”的組成就在很大程度上取決於生物的氣體代謝產物了。對於生物學家或古生物學家來說,地球的大氣成分就是與生命的出現及其演變息息相關的,甚至跟某些生物突飛猛進的發展亦步亦趨的。

太陽誕生早期的輻射比現在低30%,地球當時如何保持足夠溫暖的氣候以確保液態水和生命的存在的呢?這個疑問被學界稱為“虛弱的年輕太陽悖論”。然而,在地球完整的早期溫度記錄中,地質記錄顯示出地球表面曾出現長期相對溫暖的時期(除了大約在24億年前的一個機器寒冷的冰期——“雪球地球時期”)。

在太古代末期,一個“新版本”的含氧大氣層開始發育,這顯然是藍藻的光合作用所致(即所謂“大氧化事件”),27億年前的疊層石化石就是實證。

上圖:疊層石化石,是藍藻屍體堆疊石化而成。


板塊構造對大陸不斷重排,並通過將二氧化碳轉移到陸地大型碳酸鹽儲存庫,影響大氣的長期演變。在大約24億年前的大氧化事件期間前(條帶狀鐵層構造末期),大氣中仍然不存在遊離氧氣。

上圖:帶狀鐵層


在此之前,光合作用產生的氧氣都被還原性物質(特別是鐵)通過氧化而消耗。在氧氣的生成速率超過還原性物質的消耗率之前,遊離氧分子都無法在大氣中積聚。氧氣含量直到前寒武紀結束時才達到超過15%的穩定狀態。

大氣中的氧氣量在過去6億年中不斷波動,在2.8億年前達到約30%的峰值,大大高於今天的21%。兩種主要過程控制著大氣的變化:

  1. 植物利用大氣中的二氧化碳釋放氧氣。

  2. 黃鐵礦分界和火山噴發將硫釋放到大氣中,大氣將硫氧化並因此減少大氣中的含氧量。而火山爆發也釋放出二氧化碳,植物卻可以將其轉化為氧氣。

大氣中氧氣量變化的確切原因尚不清楚。大氣中含有大量氧氣的時期與動物的快速生長有關。如今大氣中含有21%的氧氣,足以讓動物快速生長。

上圖:地球大氣氧氣含量百分比曲線。橫軸是時間,單位是百萬年。


引力捕獲

自地球誕生以來,其引力場無時無刻不在捕獲從附近遛過的流浪物質和天體,這小到遊離的氣體分子和塵埃,大到隕石甚至小行星。遊離氣體分子雖然分分秒秒都有,但總量極小,而且主要由低原子量的氫、氦為主(有不少來自太陽風),這些輕原子過於“輕浮”,以地球的引力場強度要挽留住十分不易,所以對大氣的成分改變影響不大。

上圖:地球沐浴在太陽風當中的動效,壯觀吧。


但是隕石和小行星就不一樣了。不少的隕石都是以“髒雪球”的“樣式”落入地球的大氣的。它們被氣體冷凝成的冰雪所包裹,在落入地球大氣的過程中,這些冰凍的氣體被氣化,加入到地球的大氣組成當中。同時髒雪球中的鐵質或者石質隕石與大氣中的氧氣等氣體反應也消耗了大氣中的相關成分。但在“安全時期”,落入地球的隕石總量並不大,所以對大氣成分的改變是非常微小的。但是遇到小行星撞擊,那就難說了。

上圖:地球通過彗星行經的軌道時,就會遭遇流星雨。年年都過,年年被砸!


小宇堂


地球大氣從地球上空望去就像一條藍藍的細線。但是就是這條藍線給予了地球上的生命無微不至的照顧。

生命無法承受太陽紫外線的強烈照射,大氣層中的臭氧層則為生命擋住了有害的紫外線。地球軌道附近有一些非常不聽話的小行星經常會造訪地球,大氣層讓它們在撞擊地面前燃燒殆盡,保護了地面上的生命。另外大氣層讓地球避免了白天溫度過高,晚上又溫度過低的不利因素,起到了很好的保溫作用;同時又給生物提供了呼吸必須的氧氣。

總之,地球大氣層對於地球上的生命來說真的是非常重要,可以說沒有大氣層的保護,地球生命就不可能出現。那麼地球上的大氣是怎麼來的呢?

地球大約形成於46億年前。雖然我們無法獲得地球歷史上各個階段大氣的樣本,但是科學家通過地球不同時期的地質特徵和太陽系各個星星大氣資料等的研究逐漸勾勒出了地球大氣的演化歷史。雖然不是很完善,但是也讓我們對地球大氣是怎麼形成的有所瞭解。

地球大氣演化主要可以分為三個階段,原始大氣、次生大氣和現在大氣。

回到太陽系起源之初,那時整個太陽系就是一團氣體組成的星雲。星雲後來收縮形成了太陽和包括原始地球在內的眾多行星。原始地球在自己的運行軌道上掃除著周圍的塵埃和氣體,質量逐漸增大。當原始地球逐漸冷卻凝固時,原始大氣也就同時被吸引在了地球表面。

原始大氣主要是氫氣和氦氣。但是原始大氣並沒有在地球表面保留多久。它被太陽風暴吹走一部分;剩下氣體的因為地球吸積增大時溫度升高,地球內部的放射性元素衰變釋放的熱量而逃逸掉了。


隨著時間的推移,地球開始了“排氣”階段。這個時期地球通過造山運動和火山活動,將地球形成初期禁錮於地球內部的氣體釋放了出來。地球通過排氣將大量的水汽、二氧化碳、甲烷還有部分氨氣排到地表,這就是地球大氣的次生大氣時期。此時大氣中還沒有出現氧氣。這個時期產生的水汽逐漸凝結水,在地球表面形成了江河湖海。為生命的產生打下了基礎。這個過程一直持續了大約25億年的時間。

現在階段的大氣中氮氣佔到了78%,氧氣佔了21%,兩種氣體佔據了地球大氣的絕大部分。氮氣和氧氣的出現完全是因為地球上出現了生命所致。現在大氣層中的氮氣一部分來自次生大氣中氨氣和氧氣的化學反應。絕大部分則是動植物的排洩物和腐爛遺體通過細菌分解產生的。而地球上的氧氣的來源,不用說大家都清楚,絕大部分是來自植物的光合作用。也有一部分來自於太陽紫外線的照射將水分解為氧氣和氫氣。氫氣逃逸到了外太空,氧氣則留在了地球上。

地球大氣一直是在發生著變化的。現在由於受到人類活動的影響,地球大氣中各種氣體的比重也在發生著變化。二氧化碳這樣的溫室氣體在增加導致氣溫在上升。相反氧氣的消耗量在增加,加上森林的過度砍伐造成了植物光合作用的減弱,這樣下去地球大氣中的氧氣含量勢必會減少。

長此這樣下去會對地球生物的生存是很不利的。大家贊同這個觀點嗎?


我就是兔斯基


現在我就為地球的大氣形成過程做過具體解釋,希望你能用得上。
我們的地球剛被(太陽)
當時它根本不是什麼太陽,還只是一顆質量非常大的岩石星球,就跟我們現在的地球一模一樣。
當時我們的地球從另一顆巨大的已經爆炸了的恆星內部漂出來,我們的地球外殼包裹著一層非常非常厚的冰。而當時最先出來的是我們現在的火星,水星跟著後面,然後金星,地球也出來,它們被這顆大質量岩石星球捕獲後,變成它的衛星。我們的(太陽)大岩石星球再吸收老恆星爆炸後所產生的氫元素後變成一顆超級版木星。


當前一代太陽系中的超級恆星進入發展末期時,我們的氣態版太陽帶著水星,金星與地球進入末日太陽的宜居帶,地球也就是在這時開始融冰,產生水蒸氣形成大氣層與液態水……再過幾億年,末日太陽終於爆炸分解,我們的氣態版太陽終於升級成正宗的恆星。我們的太陽誕生後,太陽系重組,火星,木星,土星,天王星,海王星,冥王星與柯依柏帶等加入新的太陽系……
由於想知道一個問題,必須把相關的問題一併解釋,所以包含的面就比較廣。那就可能給你帶來不便,敬請諒解。😂


萬能科學引導文明升級


一般認為: 在地球由星際物質凝聚成一團時,地球是疏鬆的,大氣不僅僅附著在地球表面,更存在於地球內部。那時,氫氣約佔氣體成分的90%,其他包含水汽、甲烷、氨、氦以及一些惰性氣體。但是幾乎找不到氮、氧和二氧化碳。



由於地心引力的作用,星際物質團會收縮,內部氣體遭到壓縮使溫度驟然升高,地球內部的空氣就會飛散到球體外部。在地球收縮到一定程度後,就會減緩收縮。收縮時產生的熱量也就會慢慢散去,地球慢慢冷卻,地殼便凝固了起來。這時被擠出地殼的空氣被地心引力拉住,圍在地球表面形成大氣層。

眾所周知,大氣是物質,並帶有重量,但是地球引力對其有所束縛,所以並不會直接消散在外太空中。


蘇子鋪


為什麼老推薦有關地球問答給我?那我就告訴你們吧!

大氣也是宇宙物質的一部分,不管哪個星球,由於質量輕,都往離星遠處跑,就地球來說,許多固體慢慢變成氣體,如果植物大量減少,大氣會越來越多,數千年,萬年,億年後,氣壓也會明顯加大!各種生物動物體形也會發生變化。

星球越大氣也越大,越小氣壓越小,最終大氣會逃離星球,逃離的氣體在外太空可能被其他大星球吸走,

質量太大,大到一定程度的星球會發生變化,變成黑洞,會吸引附件物質,光都逃不過,可能只以引力,幅射等形式存在,中心固態形體可能非常微小,這就是反物質!見誰吃誰!所以,宇宙最終可以是零!

1千克水可以電解成1千克氣,體積翻了幾千倍,整個太陽系整合一下可能只有螞蟻那麼大,整個銀河系的整合可能只有細菌那麼大……!

所以任務物質在一定條件下都能重組,只是表現形式不一樣而已!







福建安搭帝


是由地球自轉所產生的向心力而形成的。


平常人246089341


受外星撞擊時,碰撞能量溶解古地球冰,高能分解水,生成H2O2氣體,C與氧生成CO2,地球引力不足以使氣體凝結。


小茶樹879


是宇宙大爆炸後大量太空隕石聚集在一起,超過直徑八百米就有了引力並不斷燃燒調整形成地質結構後,大氣自然形成的,或許是天帝設計的,但在地球的大氣層以內,是萬物保持了自然長老病死,讓人類自生自滅、自由進化沒有外來神秘的力量。


恢復新北京共識綠色引


從太陽系形成之處地球靠重力捕獲的


雨天173249106


人類能知道這事嗎?就人類的著作都沒有弄明白,各說其異,何況空氣乎?水乎?土乎……以及動物乎!


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