Evolución de la atmósfera

Evolución de la atmósfera , desarrollo de la atmósfera terrestre a lo largo del tiempo geológico. El proceso por el cual la atmósfera actual surgió de condiciones anteriores es complejo; sin embargo, la evidencia relacionada con la evolución de la atmósfera terrestre, aunque indirecta, es abundante. Los sedimentos y las rocas antiguas registran cambios pasados ​​en la composición atmosférica debido a reacciones químicas con la corteza terrestre y, en particular, a los procesos bioquímicos asociados con la vida.

abundancia de oxigeno

La atmósfera original de la Tierra era rica en metano, amoníaco, vapor de agua y el gas noble neón, pero carecía de oxígeno libre. Es probable que cientos de millones de años separaran la primera producción biológica de oxígeno por organismos unicelulares y su eventual acumulación en la atmósfera.

Atmósferas tempranas y modernas de la Tierra

La composición de la atmósfera codifica una gran cantidad de información relacionada con su origen. Además, la naturaleza y las variaciones de los componentes menores revelan extensas interacciones entre la atmósfera, el medio terrestre y la biota.

El desarrollo de la atmósfera y dichas interacciones se analizan en este artículo, con especial atención al aumento del oxígeno molecular producido biológicamente, O 2 , como un componente principal del aire. Para conocer la física y la química atmosférica modernas, consulte atmósfera.

Conceptos relacionados con el desarrollo atmosférico

Una reconstrucción completa del origen y desarrollo de la atmósfera incluiría detalles de su tamaño y composición en todo momento durante los 4.500 millones de años desde la formación de la Tierra. Este objetivo no podría lograrse sin el conocimiento de las vías y las tasas de suministro y consumo de todos los constituyentes atmosféricos en todo momento. Sin embargo, la información sobre estos procesos en particular es incompleta incluso para la atmósfera actual, y casi no hay evidencia directa con respecto a los constituyentes atmosféricos y sus tasas de suministro y consumo en el pasado.

El contraste con los campos relacionados de la historia de la Tierra es notable. Los fósiles y otros detalles estructurales y químicos de las rocas antiguas proporcionan información útil para los biólogos evolutivos y los geólogos históricos, pero las atmósferas antiguas, "meros vapores", no han dejado restos tan sustanciales. Sin embargo, estos vapores son la materia de las estrellas y la fuerza motriz de las tormentas y la erosión.

La atmósfera como parte de la corteza

Para el científico de la Tierra, la corteza incluye no solo la capa superior de material sólido (suelo y rocas a una profundidad de 6 a 70 km [4 a 44 millas], separada del manto subyacente por diferencias de densidad y por susceptibilidad a la superficie geológica procesos) pero también la hidrosfera (océanos, aguas superficiales en la tierra y aguas subterráneas debajo de la superficie terrestre) y la atmósfera. Las interacciones entre estas partes sólidas, líquidas y gaseosas de la corteza son tan frecuentes y minuciosas que considerarlas por separado introduce más complejidades de las que elimina. Como resultado, una descripción de la historia de la atmósfera debe ocuparse de todos los componentes volátiles de la corteza.

Materiales

Los compuestos volátiles, así como los elementos importantes en las atmósferas presentes y pasadas o en las interacciones entre la atmósfera, la biosfera y otras partes de la corteza incluyen los siguientes:

  1. Presentan componentes principales: nitrógeno molecular (N 2 ) y oxígeno molecular (O 2 )
  2. Gases nobles: helio (He), neón (Ne), argón (Ar), criptón (Kr) y xenón (Xe)
  3. Abundantes componentes variables: vapor de agua (H 2 O) y dióxido de carbono (CO 2 )
  4. Otros componentes: hidrógeno molecular (H 2 ), metano (CH 4 ), monóxido de carbono (CO), amoníaco (NH 3 ), óxido nitroso (N 2 O), dióxido de nitrógeno (NO 2 ), sulfuro de hidrógeno (H 2 S) , sulfuro de dimetilo [(CH 3 ) 2 S], dióxido de azufre (SO 2 ) y cloruro de hidrógeno (HCl).

Algunos elementos aparecen en formas múltiples, por ejemplo, el carbono como dióxido de carbono, metano o sulfuro de dimetilo. Es útil considerar la aparición de los elementos antes de centrarse en los aspectos más específicos de la química atmosférica (las formas en las que están presentes los elementos). Se puede hablar del "inventario de volátiles" de la Tierra, reconociendo que los componentes del inventario pueden reorganizarse de vez en cuando, pero también que siempre se compone principalmente de compuestos de hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno, junto con el Gases nobles.

Procesos

Un proceso que libera un gas a la atmósfera se denomina fuente de gas. Dependiendo de la pregunta que se esté considerando, puede tener sentido hablar en términos de una fuente última (el proceso que entregó un componente del inventario volátil a la Tierra) o una fuente inmediata (el proceso que sostiene la abundancia de un componente del atmósfera actual. Cualquier proceso que elimine el gas químicamente, como en el consumo de oxígeno durante el proceso de combustión, o físicamente, como en la pérdida de hidrógeno al espacio en la parte superior de la atmósfera, se llama sumidero.

A lo largo de la historia de la atmósfera, las fuentes y los sumideros han estado presentes simultáneamente. Mientras un proceso consume un componente en particular, otro lo produce, y la concentración de ese componente en la atmósfera aumentará o disminuirá dependiendo de las fuerzas relativas de las fuentes y sumideros. Si esas fuerzas están equilibradas (o casi), la composición de la atmósfera no cambiará (o cambiará sólo muy lentamente, quizás imperceptiblemente); sin embargo, las moléculas del gas en cuestión atraviesan la atmósfera y no residen permanentemente. La tasa de rotación resultante de moléculas en la atmósfera se expresa en términos de tiempo de residencia, el tiempo promedio que pasa una molécula en la atmósfera después de que abandona una fuente y antes de encontrar un sumidero.