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的獨特氣體混合物組成的。地球的大氣層是圍繞一個球體的充滿氣體的殼層，代表了地球的最外層部分。瞭解地球大氣層中獨特的氣體混合物對於需要某些氣體才能呼吸的生物至關重要。我們大氣中的空氣是氣體的混合物，氣體分子之間有很大的距離。雖然大氣在星球的不同區域之間略有不同，但地球的大氣在組成上幾乎是一致的，主要成分是氮氣 (N2)，約佔大氣的 78.08%。地球大氣中第二豐富的元素是氧氣 (O2)，約佔大氣的 20.95%。這剩下只有 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是獨一無二的，尤其是與鄰近的行星相比，火星的大氣中 95.32% 是二氧化碳 (CO2)，2.6% 是氮氣 (N2)，1.9% 是氬氣 (Ar)。而金星的大氣中 96.5% 是二氧化碳 (CO2)，3.5% 是氮氣 (N2)，還有少量二氧化硫 (SO2)。地球的大氣在氧氣 (O2) 的含量上是奇怪的，而二氧化碳 (CO2) 的含量卻很低。然而，有證據表明，地球在早期歷史中擁有與金星和火星類似的大氣層，即富含二氧化碳的大氣層。
關於地球早期大氣層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，月球岩石的碳含量很低，岩石總重量的 0.0021% 到 0.0225% 由各種碳化合物組成 (Cadogan et. 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，百分比在 0.032% 到 0.220% 之間。如果地球在它的熔融早期歷史中與月球上發現的岩石組成相似，那麼地球上的大部分碳都會以二氧化碳和甲烷的形式以氣體的形式存在於大氣中，這將導致一個密度高 1,000 倍的大氣層，其中大部分是二氧化碳，與金星和火星類似。古代鋯石晶體的進一步證據表明，在地球最初的 10 億年曆史中，地球固體中的碳含量很低，這支援了早期大氣層主要由二氧化碳組成這一觀點。
如今，地球的岩石和固體物質包含了絕大多數的碳（地球碳總量的 99% 以上），只有少量存在於大氣層和海洋中，而在其早期歷史中，大氣層似乎是碳的主要儲存庫，包含了地球總碳的大部分，只有少量被鎖定在岩石中。在數十億年的時間裡，在水蒸氣的存在下，大氣中二氧化碳的含量逐漸減少，因為碳以碳酸的形式從大氣中去除，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並沒有發生在金星和火星上，這兩顆行星都沒有大量液態水和水蒸氣存在於其行星表面。這也可能導致地球的大氣層密度降低，今天地球在海平面附近的密度為 1.217 kg/m3。隨著光合作用生命形式和碳酸鈣骨骼的出現，地球大氣中二氧化碳的含量急劇下降，這些生命形式和骨骼進一步從大氣中吸收了二氧化碳，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，是地球液態海洋、湖泊和河流蒸發的氣體。大氣中水蒸氣的含量用相對溼度來衡量。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之比（通常以百分比表示）。相對溼度為 100% 意味著水蒸氣分壓等於液態水平衡壓力，並將凝結成水滴，以雨的形式降落或以露珠的形式出現在玻璃窗上。請注意，相對溼度不是大氣中水蒸氣含量的絕對量度，例如，測得的相對溼度為 100% 並不意味著空氣中含有 100% 的水蒸氣，25% 的相對溼度也不意味著空氣中含有 25% 的水蒸氣。事實上，水蒸氣 (H2O) 僅佔大氣總成分的 0% 到 4%，其中 4% 的值出現在地球的赤道熱帶地區，例如雨林。在大多數地方，水蒸氣 (H2O) 只佔大氣中極少量，主要存在於地球表面附近。空氣中所能容納的水分子數量與溫度和壓力都有關。溫度越高，壓力越低，空氣中發現的水分子越多。水分子與地球的空氣處於平衡狀態，然而，如果地球表面的溫度上升到 100° 攝氏度以上，水的沸點，地球上大部分的水將轉化為氣體，並將成為地球大氣中水蒸氣的重要組成部分。科學家們爭論的是，地球表面的溫度何時降至這個高值以下，以及液態海洋何時首次出現在地球表面，但到 38 億年前，地球上似乎已經出現了海洋。
在此之前是地球熔融時期，稱為冥古宙（以冥界命名，希臘神話中的地下世界）。冥古宙持續了 5 億到 7 億年，當時地球就像金星的炙熱表面，但不斷受到隕石撞擊和大量火山噴發以及熔岩流動的影響。來自這一時期的岩石很少，如果有的話，因為地球在其歷史的這一階段大部分是熔融的和液態的。溫度必須下降，導致液態水出現在地球表面，並導致大氣密度降低。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 億年中，地球的大氣層是水蒸氣、二氧化碳、氮氣和氬氣的混合物，還含有少量難聞的二氧化硫 (SO2)、氮氧化物 (NO2)。人們爭論的是，可能存在氫硫化物 (H2S)、甲烷 (CH4) 和氨 (NH4) 的氣穴，或者這些氣體化合物在早期大氣中大部分被氧化。然而，遊離氧氣 (O2) 在地球早期的大氣層中很少見或不存在，因為作為氣體的遊離氧氣要到後來才會出現，而當它出現時，它將徹底改變地球。
| 上一頁 | 當前 | 下一頁 |
|---|---|---|