Dünya oluşmaya başladığından bu yana geçen dört buçuk milyar yıl boyunca birçok değişiklik geçirdi. En önemli gelişmelerden biri de bu gezegende yaşamı destekleyen atmosferdi. Nasıl geliştiğine dair birçok teori var ve nasıl olabileceğine dair bazı bilimsel kanıtlar olsa da, oluşumundaki kesin adımları kimse kesin olarak bilmiyor. Atmosfer, bugünkü haline gelebilmek için evrimi sırasında muhtemelen birçok farklı aşamadan veya değişiklikten geçmiştir.
İlk atmosfer
Bu gezegende oluşan en eski atmosfer, muhtemelen bugün esas olarak oluşturduğu herhangi bir nitrojen veya oksijenden yoksundu. Mevcut ana gazlar, güneşin oluşumundan arta kalan hidrojen ve helyum olabilir. Bu gazlar, güneş rüzgarları, düşük yerçekimi ve manyetik alan eksikliğinin bir sonucu olarak zayıf atmosferi terk etmiş ve uzaya yayılmış olabilir. Gezegen stabilize olduğunda, daha ağır gazlar kaldı.
volkanik gazlar
Hidrojen ve helyum kaybıyla birlikte, volkanik aktivite yeni atmosfere hakim olan çeşitli gazlar ürettiği için atmosfer değişti (volkanik gaz çıkışı). Gazlar, modern volkanik aktivite tarafından hala üretilen gazlarla aynı veya benzer olabilir ve şunları içerebilir: karbon dioksit, kükürt, klor, azot, metan, amonyak, kükürt dioksit, su buharı ve olası hidrojen bromür, hidrojen florür ve hidrojen sülfür.
su ilavesi
Atmosferdeki büyük miktarlardaki sera gazı, kısa vadede gezegeni nispeten sıcak tutacaktı, ancak sonunda gezegen soğumaya başladı. Dünya soğudukça ve sıcaklıklar düştükçe, atmosfer de bir milyar yıldan fazla bir süre içinde değişecek ve volkanik gazların çoğunu karbondioksit, su ve nitrojenden oluşmak üzere kaybedecekti. Soğutma ayrıca su buharının sıvılaşmasına ve bir okyanus veya okyanuslar oluşturmak üzere toplanmaya başlamasına neden olurdu.
oksijen üretimi
Olayların ne zaman ve nasıl meydana geldiği hakkında her şey bilinmemekle birlikte, yaklaşık iki buçuk milyar yıl önce atmosferdeki oksijen konsantrasyonunun artmaya başladığı tahmin edilmektedir. O zamandan önce, siyanobakteriler muhtemelen yüzde birden az olan bazı küçük miktarlarda oksijen ürettiler, ancak oksijen çok reaktif olduğu için muhtemelen hava koşullarına maruz kalma süreçleriyle yüzeyde oksitlenmiş olacaktı. Artan oksijen üretimi muhtemelen iki farklı yolun sonucuydu. Birincisi ultraviyole radyasyon/ışınların yeni oluşan okyanuslarla reaksiyonu, ikincisi ise fotosentezde bir artış olabilirdi.
Dünya’nın ozon tabakasına sahip olmadığı düşünülürse, ultraviyole radyasyon gezegenin yüzeyini engellemez ve etkilemezdi. Ancak bu, ultraviyole ışığın su ile fotokimyasal ayrışmaya ve su moleküllerini bir miktar oksijen üretmek için parçalamasına neden olabileceğinden, atmosferin oluşmasına yardımcı olmuş olabilir. Miktar, mevcut seviyelerin sadece yüzde 1-2’si kadar olurdu, ancak bu aynı zamanda ozon oluşumunu da başlatırdı. Daha yüksek irtifalarda, oksijen ultraviyole ışığından daha fazla etkilenecek ve yüzeyi korumaya başlayacak olan ozon moleküllerini oluşturacaktı.
Yüzey bir kez korumaya sahip olduğunda, siyanobakteriler ve basit bitkiler daha kolay çoğalabilir/oluşabilirdi. Karbondioksit açısından zengin bir atmosferle, fotosentez için ihtiyaç duydukları her şeye sahip olacaklardı ve yavaş yavaş atmosferin daha büyük bir bileşeni haline gelen çok daha fazla oksijen üretmeye başlayacaklardı. Mevcut olan karbondioksit, bitki ve bakteriler tarafından yavaş yavaş tüketilirdi. Mevcut atmosferin oksijen seviyelerine yaklaşık dört yüz milyon yıl önce ulaşıldığına inanılıyor, bu nedenle fotosentez sürecinin mevcut oksijen seviyesine ulaşması bir ila iki milyar yıl arasında sürdü.
