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地球大氣的演化經(jīng)歷了原始大氣、次生大氣和現(xiàn)在大氣三代。

原始大氣階段

原始大氣的形成與星系的形成密切有關(guān)。 簡而言之，地球由星際氣體（主要是氫和氦）和固體微粒在引力作用下吸積而成。在地表逐漸冷凝為固體時(shí)，星際氣體逐漸成了包裹地球的大氣層。所以原始大氣主要成分自然也是氫與氦。

詳述

宇宙中存在著許多原星系，它們最初都是一團(tuán)巨大的氣體，主要成分是氫。以后原星系內(nèi)的氣體，團(tuán)集成許多中心,在萬有引力作用下,氣體分別向這些中心收縮，從而出現(xiàn)了許多原星體。由于愈收縮則密度愈大，密度愈大則收縮愈快，使原星體內(nèi)原子的平均運(yùn)動(dòng)速率愈來愈大，溫度也愈來愈高。當(dāng)溫度升高到攝氏1000萬度以上時(shí)，原星體會(huì)發(fā)生核反應(yīng)，出現(xiàn)四個(gè)氫原子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦原子的過程。較大的原星體的核反應(yīng)較強(qiáng)，能聚變成較重的元素。這些聚變過程會(huì)伴生大量輻射能，使原星體轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)光的恒星體。恒星體內(nèi)部存在復(fù)雜的核反應(yīng)，在氫的消耗過程中，較重元素的豐度漸漸增多空氣中含量最多的氣體，并形成一些更重的元素。特別巨大的星體，內(nèi)部核反應(yīng)特強(qiáng)，能使星體爆裂，形成超新星，它具有強(qiáng)大的爆炸壓強(qiáng)，使其中已形成的不同原子量的元素裂成碎片，散布到星際空間中去，造成宇宙塵和氣體云，隨后冷卻成暗云。這樣，超新星的每一次爆炸,都進(jìn)一步使星系內(nèi)增加更多的較重元素,使星際空間內(nèi)既有大量氣體(以氫、氦為主)，又有固體微粒。太陽系是銀河系中一個(gè)旋臂空間內(nèi)的氣體原星體收縮而成的，因此它包含有氣體和固體微粒。原地球是太陽系中原行星之一，它是原太陽系中心體中運(yùn)動(dòng)的氣體和宇宙塵借引力吸積而成。它一邊掃并軌道上的微塵和氣體，一邊在引力作用下收縮。隨著“原地球”轉(zhuǎn)變?yōu)椤暗厍颉?，地表漸漸冷凝為固體，原始大氣也就同時(shí)包圍地球表面。原始大氣的主要成分是氫和氦。

原始大氣的消失

太陽風(fēng)是原始大氣消失的原因之一。另外，原始大氣的消失也和地球溫度升高有關(guān)。溫度升高不僅是吸積的引力能轉(zhuǎn)化為熱能所致柴油報(bào)警器，流星隕石打擊固體地球表面，其動(dòng)能也會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能。此外，地球內(nèi)部放射性元素如鈾和釷的衰變也釋放熱能。上述這些發(fā)熱機(jī)制都促使當(dāng)時(shí)地球大氣中較輕氣體逃逸。

次生大氣階段階段

次生大氣籠罩地表的時(shí)期大體在距今45億年前到20億年前之間。簡言之家用燃?xì)鈭?bào)警器，在地球形成時(shí)被吸積并錮禁于地球內(nèi)部的氣體，通過造山運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)排出地表，這種現(xiàn)象稱為“排氣”。地球形成初期遍及全球的排氣過程，形成了地球的次生大氣圈，成分以甲烷和氫為主，尚有一定量的氨和水汽。

詳述

使原始?xì)怏w消失的發(fā)熱機(jī)制還為次生大氣的產(chǎn)生提供了條件。

①被吸積的C1型碳質(zhì)球粒隕石中某些成分因升溫而還原，使鐵、鎂、硅、鋁等還原分離出來，由于它們的比重不等，造成了固體地球的重力不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

②地球內(nèi)部升溫而呈熔融狀態(tài)。這一作用使原來不能作重力調(diào)整的不穩(wěn)定固體結(jié)構(gòu)熔融，可通過對流實(shí)現(xiàn)調(diào)整，發(fā)生了重元素沉向地心、輕元素浮向地表的運(yùn)動(dòng)。

地球內(nèi)部物質(zhì)的位能有轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^動(dòng)能和微觀動(dòng)能的趨勢。微觀動(dòng)能即分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，它的加大能使地殼內(nèi)的溫度進(jìn)一步升高，并使熔融現(xiàn)象加強(qiáng)。宏觀動(dòng)能的加大，使原已堅(jiān)實(shí)的地殼發(fā)生遍及全球的或局部的掀裂。這兩者的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致造山運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)。在地球形成時(shí)被吸積并錮禁于地球內(nèi)部的氣體，通過造山運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)排出地表，這種現(xiàn)象稱為“排氣”。地球形成初期遍及全球的排氣過程，形成了地球的次生大氣圈。 這時(shí)的次生大氣成分和火山排出的氣體相近。根據(jù)H.D.霍蘭(1963)的研究，在地球形成初期，火山噴發(fā)的氣體成分以甲烷和氫為主空氣中含量最多的氣體，尚有一定量的氨和水汽。次生大氣中沒有氧。這是因?yàn)榈貧ふ{(diào)整剛開始，地表金屬鐵尚多，氧很易和金屬鐵化合而不能在大氣中留存，因此次生大氣屬于缺氧性還原大氣。次生大氣形成時(shí)，水汽大量排入大氣，當(dāng)時(shí)地表溫度較高，大氣不穩(wěn)定對流的發(fā)展很盛，強(qiáng)烈的對流使水汽上升凝結(jié)，風(fēng)雨閃電頻仍，地表出現(xiàn)了江河湖海等水體。這對此后出現(xiàn)生命并進(jìn)而形成現(xiàn)在的大氣有很大意義。

現(xiàn)在大氣階段

次生大氣轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在大氣，同生命現(xiàn)象的發(fā)展關(guān)系最為密切。 最早的生命，應(yīng)出現(xiàn)于還原性的次生大氣中。這是因?yàn)樵谘鯕獬渑娴拇髿庵?，最簡單的生命體易于分解、難以發(fā)展。下面分段敘述現(xiàn)在大氣各主要成分的由來。

氮和氬的形成：現(xiàn)在大氣中的氮,最初有一部分是由次生大氣中的氨和氧起化學(xué)作用而產(chǎn)生?；鹕絿姲l(fā)的氣體中，也可能包含一部分氮。在動(dòng)植物繁茂后，動(dòng)植物排泄物和腐爛遺體能直接分解或間接地通過細(xì)菌分解為氣體氮。氮?dú)馐且环N較穩(wěn)定的氣體，常溫下不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這就是為什么氮能積集成大氣中含量最多的成分，且能與次多成分氧相互并存于大氣中的原因。而現(xiàn)在大氣中含量第三的氬，則是地殼中放射性鉀衰變的副產(chǎn)品。

氧和二氧化碳的形成與變化：生命出現(xiàn)之前，氧氣主要源于水的分解：紫外線把水分解為氧氣與氫氣。植物的出現(xiàn)和發(fā)展使大氣中氧出現(xiàn)并逐漸增多起來，動(dòng)物的出現(xiàn)借呼吸作用使大氣中的氧和二氧化碳的比例得到調(diào)節(jié)。

詳述

在綠色植物尚未出現(xiàn)于地球上以前，高空尚無臭氧層存在，太陽遠(yuǎn)紫外輻射能穿透上層大氣到達(dá)低空，把水汽分解為氫、氧兩種元素。當(dāng)一部分氫逸出大氣后，多余的氧就留存在大氣中。在此過程中,因太陽遠(yuǎn)紫外線會(huì)破壞生命,所以地面上就不能存在生命。初生的生命僅能存在于遠(yuǎn)紫外輻射到達(dá)不了的深水中,利用局地金屬氧化物中的氧維持生活,以后出現(xiàn)了氧介酶(Oxygen-mediating enzymes)，它可隨生命移動(dòng)而給供應(yīng)生命供氧，使生命能轉(zhuǎn)移到淺水中活動(dòng)，并在那里利用已被淺水過濾掉有害的紫外輻射的日光和溶入水中的二氧化碳來進(jìn)行光合作用，從而發(fā)展了有葉綠體的綠色植物。于是光合作用結(jié)合水汽的光解作用使大氣中的氧增加起來。大氣中氧的組分較多時(shí)，在高空就可能形成臭氧層，吸收有害于生命的紫外輻射，這時(shí)生命就能脫離水域而登陸活動(dòng)。總之，植物的出現(xiàn)和發(fā)展使大氣中氧出現(xiàn)并逐漸增多起來，動(dòng)物的出現(xiàn)借呼吸作用使大氣中的氧和二氧化碳的比例得到調(diào)節(jié)。此外，大氣中的二氧化碳還通過地球的固相和液相成分同氣相成分間的平衡過程來調(diào)節(jié)。大氣中氧含量逐漸增加是還原大氣演變?yōu)楝F(xiàn)在大氣的重要標(biāo)志。一般認(rèn)為，在太古代晚期，尚屬次生大氣存在的階段，已有厭氧性菌類和低等的藍(lán)藻生存。

約在太古代晚期到元古代前期，大氣中氧含量已漸由現(xiàn)在大氣氧含量的萬分之一增為千分之一。地球上各種藻類繁多，它們在光合作用過程中可以制造氧。在距今約 6億年前的元古代晚期到古生代初的初寒武紀(jì)，氧含量達(dá)現(xiàn)在大氣氧的百分之一左右，這時(shí)高空大氣形成的臭氧層，足以屏蔽太陽的紫外輻射而使淺水生物得以生存，在有充分二氧化碳供它們進(jìn)行光合作用的條件下，浮游植物很快發(fā)展,多細(xì)胞生物也有發(fā)展。大體到古生代中期(距今約4億多年前)的后志留紀(jì)或早泥盆紀(jì)，大氣氧已增為現(xiàn)在的十分之一左右，植物和動(dòng)物進(jìn)入陸地，氣候濕熱，一些造煤樹木生長旺盛，在光合作用下，大氣中的氧含量急增。到了古生代后期的石炭紀(jì)和二疊紀(jì)（分別距今約3億和2.5億年前），大氣氧含量竟達(dá)現(xiàn)有大氣氧含量的3倍，這促使動(dòng)物大發(fā)展,為中生代初的三疊紀(jì)（距今約 2億年前）的哺乳動(dòng)物的出現(xiàn)提供了條件。由于大氣氧的不斷增多,到中生代中期的侏羅紀(jì)（距今約1.5億年前）,就有巨大爬行動(dòng)物如恐龍之屬的出現(xiàn),需氧量多的鳥類也出現(xiàn)了。但因植物不加控制地發(fā)展，使光合作用加強(qiáng)，大量消耗大氣中的二氧化碳。這種消耗雖可由植物和動(dòng)物發(fā)展后的呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳來補(bǔ)償，但補(bǔ)償量是不足的，結(jié)果大氣中二氧化碳就減少了。

二氧化碳的減少必使大氣保溫能力減弱、溫度降低，大氣中大量水分凝降，改變了天空陰霾多云的狀況。因此，中緯度地帶四季遂趨分明。降溫又會(huì)使結(jié)合到巖石中和溶解到水中的二氧化碳量增多，這又進(jìn)一步減少空氣中二氧化碳的含量空氣中含量最多的氣體，從而使大氣中充滿更多的陽光，有利于現(xiàn)代的被子植物（顯花植物）的出現(xiàn)和發(fā)展。由于光合作用的原料二氧化碳減少了，植物釋出的氧就不敷巨大爬行類恐龍呼吸之用，再加上一些尚有爭議的原因（例如近來有不少人認(rèn)為恐龍等的絕滅是由于星體與地球相碰發(fā)生突變所致），使恐龍之類的大爬行動(dòng)物在白堊紀(jì)后期很快絕滅，但能夠適應(yīng)新的氣候條件的哺乳動(dòng)物卻得到發(fā)展。這時(shí)已到了新生代，大氣的成分已基本上和現(xiàn)在大氣相近了?？梢姀拇紊髿庋葑?yōu)楝F(xiàn)在大氣，氧含量有先增后減的跡象，其中在古生代末到中生代中期氧含量為最多。

參考文獻(xiàn)：

/view/956913.htm

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