Происхождение и основные свойства воды и атмосферы

Атмосфера Земли эволюционировала в масштабах геологического времени, и развитие жизни на Земле было тесно связано с составом атмосферы. Полагают, что первичная атмосфера, окружавшая нашу планету в период ее образования около 4600 млн. лет назад, рассеялась при нагревании Земли. Современная атмосфера вторична и состоит из газов, выделившихся из земных недр. В состав этих газов входили водород, водяной пар (Н20), окись углерода (СО), двуокись углерода (СО2), азот (N2), сероводород (H2S) и хлористый водород (НО). Соотношения газов в процессе их выделения изменялись по мере изменения внутренней структуры Земли, в особенности в то время, когда ее ядро отделилось от мантии. По одним теориям, дегазация земных недр в основном произошла в тот относительно короткий период, когда формировалась наша планета. По другим теориям, этот процесс продолжался в течение более длительного отрезка геологического времени. Газы подвергались процессам химического распада под действием солнечного света и взаимодействовали между собой. Так образовались метан (СН4) и аммиак (NH4); водяной пар конденсировался, и в нем растворялись двуокись углерода, хлористый водород и аммиак.

По геологическим данным, около 1500 млн. лет назад в атмосфере впервые появился в заметном количестве свободный кислород. До этого времени кислород образовывался при фотодиссоциации водяных паров и полностью вступал в реакции окисления с веществами на поверхности Земли. Эволюция жизни на Земле в значительной мере зависела от количества кислорода. Когда его накопилось достаточно для развития зеленых растений, то в атмосферу в результате фотосинтеза стало выделяться еще большее количество кислорода. Концентрация кислорода в наши дни, отражающая состояние динамического равновесия между выделяющимся и поглощаемым кислородом, вероятно, возникла около 100-200 млн. лет тому назад.

Из газов, входивших в состав атмосферы Земли на ранних этапах ее развития, углерод оказался связанным в карбонатных осадочных породах, таких, как известняки (СаСО3), а также в горючих ископаемых (уголь, нефть); вода заполнила впадины океанов, и в ней растворилось некоторое количество хлоридов. Остальная часть хлоридов накопилась в виде отложений солей (например, NaCl), а сера - в осадочных породах (например, в виде пирита FeS2). Азот концентрировался преимущественно в атмосфере, в то время как водород из-за своего низкого молекулярного веса был вынесен в космическое пространство. Этому же способствовало и то обстоятельство, что высокая температура верхних частей атмосферы придавала молекулам водорода скорость, достаточную для преодоления гравитационного поля Земли. Аргон и гелий попали в атмосферу в процессе радиоактивного распада калия, урана и тория, но, в то время как аргон накапливался в атмосфере, гелий, как и водород, будучи газом с низким молекулярным весом, был рассеян в космическое пространство.