地球/4a. 你呼吸的空氣
深吸一口氣。你吸入的空氣是由形成地球大氣層的獨特氣體混合物組成的。地球的大氣層是圍繞球體的氣體層，代表著地球的最外層部分。瞭解地球大氣層中獨特的氣體混合物對於需要某些氣體進行呼吸的生物至關重要。我們大氣中的空氣是氣體的混合物，單個分子之間距離非常大。雖然大氣在行星的各個區域之間略有不同，但地球的大氣層在成分上幾乎一致，主要成分是氮氣（N2），佔大氣層的約 78.08%。地球大氣中第二豐富的成分是氧氣（O2），佔大氣層的 20.95%。剩下 0.97%，其中 0.93% 由氬氣 (Ar) 組成。這種氮氣、氧氣和氬氣的混合物在太陽系中非常獨特，尤其是與附近的行星相比，因為火星的大氣層中 95.32% 是二氧化碳 (CO2)，2.6% 是氮氣 (N2)，1.9% 是氬氣 (Ar)。而金星的大氣層中 96.5% 是二氧化碳 (CO2)，3.5% 是氮氣 (N2)，還有微量的二氧化硫 (SO2)。地球的大氣層在其豐富的氧氣 (O2) 和極低的二氧化碳 (CO2) 含量方面很奇怪。然而，有證據表明地球的早期歷史與金星和火星相似，大氣中富含二氧化碳。
地球早期大氣的證據來自對阿波羅任務帶回地球的月球岩石的仔細研究，這些研究表明月球岩石中碳元素含量較低，岩石總重量的 0.0021% 到 0.0225% 由各種碳化合物組成 (Cadogan 等人。1972：月球碳化合物的調查)。對地球火成岩的分析表明，碳在地球固體中更常見，含量在 0.032% 到 0.220% 之間。如果地球最初的歷史與月球上發現的岩石成分相似（在其熔融的早期歷史中），地球上的大部分碳都將以二氧化碳和甲烷的形式以氣體的形式存在於大氣中，這將導致大氣密度高出 1000 倍，並且主要含有二氧化碳，與金星和火星相似。古代鋯石晶體的進一步證據表明，在地球歷史的前 10 億年，地球固體中的碳含量很低，這支援了一種主要由二氧化碳組成的大氣層的早期存在。
如今，地球岩石和固體物質含有絕大多數碳（超過地球碳的 99%），只有少量碳存在於大氣和海洋中，而在其早期歷史中，大氣層似乎是碳的主要儲存庫，含有地球總碳的大部分，只有一小部分被鎖定在岩石中。數十億年來，在水蒸氣的存在下，大氣中二氧化碳的含量逐漸減少，因為碳從大氣中以碳酸的形式被去除，並以碳酸鈣 (CaCO3) 的形式沉積到地殼岩石中。這種從大氣中清除二氧化碳的過程似乎沒有發生在金星和火星上，因為這兩顆行星的行星表面都沒有大量液態水和水蒸氣。這可能也導致地球的大氣層密度降低，如今地球海平面附近的大氣密度為 1.217 kg/m3。隨著光合作用生物的出現和碳酸鈣骨骼的出現，地球大氣中的二氧化碳含量急劇下降，進一步將二氧化碳從大氣中清除，並在大約 25 億年前加速了這一過程。
應該注意的是，水 (H2O) 是地球大氣層的重要組成部分，它來自地球液態海洋、湖泊和河流的蒸發氣體。大氣中水蒸氣的含量以相對溼度 衡量。相對溼度是指水蒸氣分壓與給定溫度下光滑表面上液態水平衡壓力的比值（通常用百分比表示）。100% 的相對溼度意味著水蒸氣分壓等於液態水平衡壓力，並會凝結成水滴，要麼是雨水，要麼是玻璃窗上的露水。請注意，相對溼度不是大氣中水蒸氣含量的絕對度量，例如，測量的相對溼度為 100%不意味著空氣中含有 100% 的水蒸氣，也不意味著 25% 的相對溼度意味著空氣中含有 25% 的水蒸氣。事實上，水蒸氣 (H2O) 僅佔大氣總成分的 0% 到 4%，在赤道熱帶地區（如雨林）達到 4%。在大多數地方，水蒸氣 (H2O) 僅佔大氣層的微量，主要存在於地球表面附近。空氣中可以容納的水分子數量與溫度和壓力有關。溫度越高，壓力越低，空氣中存在的水分子越多。水分子與地球的空氣處於平衡狀態，但是，如果地球表面的溫度升至 100° 攝氏度以上，水的沸點，地球上大部分水將轉化為氣體，並作為水蒸氣構成地球大氣層的重要組成部分。科學家們爭論地球表面溫度何時降至低於這個高值，以及何時地球表面首次出現液態海洋，但到 38 億年前，地球上似乎已經存在了海洋。
在此之前，是地球熔融狀態的時間段，稱為冥古宙（以冥界命名，希臘神話中的冥界）。冥古宙持續了 5 億到 7 億年，當時的地球類似於金星的炎熱表面，但不斷受到隕石撞擊，以及大量的火山噴發和熔岩流動。來自這一時期的岩石很少，如果有的話，因為在它的歷史中，地球的大部分都是熔融和液態的。溫度必須下降，導致地球表面出現液態水，並導致大氣層密度降低。這開始了從大氣中清除二氧化碳的漫長過程。
在接下來的 13 億年裡，地球的大氣層主要由水蒸氣、二氧化碳、氮氣和氬氣組成，還含有少量難聞的二氧化硫 (SO2) 和氮氧化物 (NO2)。目前尚無定論，早期大氣中是否可能存在硫化氫 (H2S)、甲烷 (CH4) 和氨 (NH4) 的區域性區域，或者這些氣體化合物是否主要在早期大氣中被氧化。然而，遊離氧 (O2) 在地球早期大氣中很少或不存在，因為遊離氧作為氣體只有在後來才會出現，而當它出現時，它將徹底改變地球。
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