6.1.9 Виникнення атмосфери та гідросфери

Атмосфера й гідросфера складаються з легких і летких речовин, вміст яких у речовинному складі Землі в цілому дуже незначний, — набагато менший, ніж у космосі. Цей дефіцит легких і летких речовин виник, очевидно, те в протопланетній хмарі, з якої згодом сформувалася Земля. Причинами утворення дефіциту могли бути нагрівання частини протопланетної хмари сонячним випромінюванням і короткоживучи-ми радіоактивними ізотопами.

У момент формування Землі з протопланетної хмари всі елементи її майбутньої атмосфери й гідросфери перебували у зв'язаному стані у складі твердих речовин: вода — у гідроксилах, азот — у нітридах, можливо в нітритах, вуглець — у графітах, карбідах і карбонатах.

Подальше нарощування атмосфери й утворення гідросфери пов'язане з виплавленням базальтів, водяної пари й газів з верхньої мантії у процесі вулканічних вивержень, які тривають уже 0,5-1 млрд років протягом існування Землі як результат розігрівання її надр унаслідок гравітаційного стиснення й розпаду радіоактивних ізотопів. Інтенсивність сучасних вулканічних процесів на Землі є цілком достатньою для утворення протягом усього часу існування Землі всієї її кори, гідросфери й атмосфери. Інтенсивність сучасного вулканізму становить, згідно з приблизними оцінками, 6-10 млрд тонн речовини за рік. Гази, що виділяються в процесі сучасної вулканічної діяльності, містять переважно водяну пару. Таким чином, можна стверджувати, що в результаті дегазації лав на поверхню Землі надходили значні кількості водяної пари, сполук галоїдної і борної кислот, водень, аргон і деякі інші гази.

Ця первинна атмосфера була спочатку, зрозуміло, надзвичайно тонкою, тому її температура біля поверхні Землі була дуже близькою до температури променистої рівноваги потоку сонячного тепла, яке поглинала поверхня, і потоку випромінювання, що йшло від поверхні Землі. Ця температура в середньому дорівнює 15 . Отже, майже вся водяна пара, яка надходила з вулканічними газами, повинна була конденсуватися, перетворюючись на рідку воду, і тим самим формувати гідросферу.

У первинний океан переходили, розчиняючись у воді, також і інші складові частини вулканічних газів — більша частина вуглекислого газу, кислоти, сірка і її сполуки, а також частина аміаку.

Вільного кисню в давній атмосфері та в океані не було. Одним з найбільш переконливих пояснень цього факту є велике значення відношення FeO/Fe2O3, закисного заліза до оксидного в продуктах давніх вивержень, а також в осадових породах. Аналогічними є свідчення про наявність у давніх породах й інших легкоокислюваних, але не окислених речовин. Вільний кисень міг утворюватися в первинній атмосфері в результаті фотодисоціації невеликої частини молекул водяної пари, тобто їх розкладання під дією жорсткого компонента сонячного випромінювання. Однак, за розрахунками, таке утворення вільного кисню повинно було бути дуже обмеженим, тому що кисень сам поглинає випромінювання, яке розщеплює молекули води. У випадку рівноваги між цими двома процесами вміст кисню в атмосфері не міг перевищувати однієї тисячної сучасного вмісту.

Під дією жорсткого випромінювання Сонця в океані утворився ряд складних органічних речовин — до амінокислот включно. Одними з перших організмів на Землі були мікроскопічні одноклітинні водорості, починаючи із найпримітивніших — синьо-зелених, які здійснювали фотосинтез органічних речовин з вуглекислоти й води, виділяючи при цьому вільний кисень. Така діяльність водоростей, а потім і наземних рослин привела, зрештою, до утворення на Землі кисневої атмосфери — цього геохімічного дива, що не має аналогів на інших планетах Сонячної системи.