SỰ TIẾN HÓA CỦA KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT

1. SỰ TIẾN HÓA CỦA KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT
( THE EVOLUTION OF EARTH’S ATMOSPHERE)
Earth's primordial atmosphere - HadeanEon, 4.56 to 4.0 Ga:
Gồm chủ yếu là hydrogen, khoảng 10% helium và một lượng nhỏ các khí
methane, ammonia, hydrogen sulfide, hơi nước và tinh vân mặt trời.
Bầu khí quyển rất nóng + trọng lực yếu của Trái Đất, các phân tử hydrogen và
nguyên tử helium di chuyển với tốc độ lớn hơn tốc độ thoát của Trái Đất
 các khí nhẹ này bị mất và cuốn đi qua quá trình quang hóa
(photoevaporation) bởi gió mặt trời.
 tăng nồng độ các khí nặng hơn  methane, ammonia, hơi nước và một phần
nhỏ lượng nitrogen và carbon dioxide cònlại trong bầu khí quyển nguyên sơ
của Trái Đất
Khoảng 3.9 Ga, bắn phá thiên thạch tràn lan  mang thêm nước, methane,
ammonia, hydrogen sulfide và các khí khác đến TĐ.
Nhiệt độ bề mặt TĐ cao => giảm lượng methane trong khí quyển thông qua
phản ứng:
CH4 + H2O  CO + 3H2
Kết quả carbon monoxide sẽ dễ dàng kết hợp với kim loại để tạo thành các hợp
chất carbonyl.
TĐ thời kỳ Hadean Eon quá nóng, nước ở dạng lỏng không thể ngưng tụ trên
bề mặt , nhưng hơi nước có thể ngưng tụ ở độ cao nhất định trong bầu khí quyển
và tạo ra mưa và rơi nhanh xuống.
Vào cuối thời Hadean Eon, hoạt động núi lửa bắt đầu tăng tỉ lệ carbondioxide
trong bầu khí quyển.
Earth's secondatmosphere (Archean Eon, 4.0 to 2.5 Ga):
Vỏ Trái Đất nguội dần trong Archeon Eon. Lượng hơi nước trong khí quyển
giảm do nước ngưng tụ ở dạng lỏng.
Mưa liên tục trong hàng triệu năm hình thành đại dương.
Áp suất không khí của TĐ thấp hơn, nước bắt đầu hòa tan các chất khí như
ammonia, loại bỏ chúng khỏi bầu khí quyển tạo ra các hợp chất ammonium,
amine và các hợp chất chứa nitrogen khác.

2. Sự ngưng tụ nước với các chất khí như sulfur dioxide gây ra mưa acid hình
thành các khoáng chất mới trên bề mặt TĐ.
Khí carbondioxide do hoạt động phun trào núi lửa đạt đỉnh điểm trong Archon
Eon và bắt đầu giảm thông qua sự hình thành các khoáng carbonate
NH3 + H2O  NH4
+ + OH-
Ca2+ + CO2 + H2O  CaCO3 + H2O
SO2 + H2O  H2SO3
Khoảng 3.5 Ga, Oxygen được tạo ra bởi cyanobacteria (tảo lam) đã phản ứng
với các ion kim loại trong biển anoxic.
Vào giữa Archon Eon, Ammonia và methane chỉ là thành phần nhỏ của khí
quyển. Carbon dioxide khoảng 15% và tỷ lệ nitrogen là 75%.
Hầu hết các thành phần ban đầu của khí quyển đã biến đổi, kết tủa dưới dạng
chất lỏng hoặc phản ứng hóa học để tạo ra các hợp chất rắn. Hoạt động của núi
lửa và vi khuẩn quang hợp bây giờ là những yếu tố chính ảnh hưởng đến thành
phần khí quyển của TĐ
Earth's third atmosphere (Proterozoic Eon, 2.5 to 0.54 Ga)
Sinh vật đơn bào sinh sôi nảy nở trong Eon Proterozoi. Các sinh vật kỵ khí thu
được năng lượng theo những cách khác nhau. Methanogens kết hợp hydrogen
và carbon dioxide để tạo ra methane và nước:
CO2 + 4 H2 CH4 + 2H2O
Vi khuẩn khử sulfate kết hợp methane và gốc sulfate:
CH4 + SO4
-- HCO3
- + HS- + H2O
Các sinh vật khác có khả năng quang hợp:
Energy (sunlight) + 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 (carbohydrate) + 6O2
Qúy đầu tiên của Proterozoic Eon , hầu hết các carbon dioxide đã được cạn kiệt
trong khí quyển, để lại nitrogen như thành phần chính với một tỷ lệ nhỏ oxygen.
Bắt đầu Eon Proterozoiđến 1,85 Ga, mức oxygen trong khí quyển tăng khi tốc
độ quang hợp tăng lên đáng kể. Oxygen không thể tíchtụ trong khí quyển vì bị
cạn kiệt bởi quá trình oxy hóa các kim loại, methane, nước có sự hiện diện của
bức xạ UV.
4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

3. CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
Trái Đất nguội dần làm giảm lượng khí carbondioxide, methane thải ra do núi
lửa  băng hà Huronian kéo dài từ 2,4 Ga đến 2,1 Ga.
Nhiệt độ lạnh hấp thu thêm methane từ khí quyển bằng cách hình thành
methane clathrate.
Giữa 2,4 Ga và 2,0 Ga xảy ra sự kiện oxy hóa lớn hay Oxygen Catastrophe.
Mức oxygen cao hơn tạo ra sự hình thành sắt dải (BIF) bằng cách kết tủa sắt
hòa tan.
Việc bổ sung oxygen tiếp tục bị tiêu hao bởi quá trình oxy hóa các khoáng chất
trên vỏ trái đất, nhưng đủ oxygen tự do tích tụ trong khí quyển tạo ra cơ hội cho
sự phát triển của các dạng sống hiếu khí.
Khoảng 2,4 Ga, các phân tử oxygen di chuyển vào bầu khí quyển phía trên và
tạo thành một tầng ozone. Lớp ozone cơ bản hấp thụ bức xạ tia cực tím năng
lượng cao và chuyển đổi nó thành nhiệt.
Từ 1,85 Ga đến 0,85 Ga, thành phần khí quyển ổn định. Trong thời gian này,
khí quyển của TĐ có khoảng 10% oxygen
Khoảng 0,85 Ga, mức oxygen tăng lên cùng với bảo vệ của tầng ozone , sinh
vật hiếu khí sinh sôitrên bền mặt TĐ.
Earth's present atmosphere (Phanerozoic Eon, 0.542 Ga to present)
Khởi đầu Eon Phanerozoic, kỷ Cambri,sự sống đa bào đầu tiên xuất hiện. Thực
vật phủ mặt đất, và oxygen chiếm 30% khí quyển
251 triệu năm trước (0.251 Ga). Mức oxy giảm từ 30% xuống 12%, và mức độ
carbondioxide đạt khoảng 2000 ppm  sự kiện tuyệt chủng hàng loạt loại bỏ đ
90% sinh vật trong đại dương và 70% động, thực vật trên cạn.
Nguyên nhân :một loạt các sự kiện núi lửa ở Siberia kéo dài khoảng một triệu
năm và thải ra nhiều lượng khí carbon dioxide và khí có chứa sulfur, chclorine
và fluorine
228 triệu năm trước, nồng độ oxygen tăng lên khoảng 15% , khủng long xuất
hiện .
Cuối kỷ Phấn Trắng, cách đây 100 triệu năm, oxygen đã tăng lên khoảng 23%
khí quyển, động vật có vú và chim bắt đầu phát triển.
Trong 100 triệu năm qua, tỷ lệ oxygen đã dao động từ 18% đến 23% vào mức
hiện tại khoảng 21% khí quyển.

4. Cuộc cách mạng công nghiệp năm 1750, con người đốt cháy nhiên liệu hóa
thạch để cung cấp năng lượng cho máy móc điện và tạo ra một lượng lớn các
khí nhà kính carbon dioxide, methane, nitrous oxide.
Nồng độ carbondioxide ngày nay đã vượt quá 400 ppm.