原始大氣階段

  大約在50億年前,大氣伴隨著地球的誕生就神祕地 出世 了。也就是拉普拉斯所說的星雲開始凝聚時,地球周圍就已經包圍了大量的氣體了。原始大氣的主要成分是氫和氦。當地球形成以後,由於地球內部放射性物質的衰變,進而引起能量的轉換。這種轉換對於地球大氣的維持和消亡都是有作用的,再加上太陽風的強烈作用和地球剛形成時的引力較小,使得原始大氣很快就消失掉了。

  次生大氣階段

  地球生成以後,由於溫度的下降,地球表面發生冷凝現象,而地球內部的高溫又促使火山頻繁活動,火山爆發時所形成的揮發氣體,就逐漸代替了原始大氣,而成爲次生大氣。次生大氣的主要成分是二氧化碳、甲烷、氮、硫化氫和氨等一些分子量比較重的氣體。這些氣體和地球的固體物質之間,互相吸引,互相依存。氣體沒有被地球偌大的離心力所拋棄,而成爲大氣的第二次生命棗次生大氣。

  今日大氣階段

  隨著太陽輻射向地球表面的縱深發展,光波比較短的紫外線強烈的光合作用,使地球上的次生大氣中生成了氧,而且氧的數量不斷地增加。有了氧,就爲地球上生命的出現提供了極爲有利的 溫牀 。經過幾十億萬年的分解、同化和演變,生命終於在地球這個襁褓中誕生了。原始的單細胞生命,在大氣所紡織成的 搖藍 中,不斷地演變、進化,終於發展成了今天主宰世界文明的高級人類。今天的大氣也在這個過程中,獲得了如此一個 美滿的家庭 。

  今天的大氣雖然是由多種氣體組成的混合物,但主要成分是氮,其次是氧,另外還有一些其它的氣體,但數量則極其微小的。今天的大氣之所以形成這種情況,是由於地球長期演化的結果。

  關於今天的大氣成分爲什麼是這樣?它們是怎樣長期演化來的,目前主要有兩種看法。一種看法認爲今天的大氣就是從地球原始大氣演化而來的。另一種看法則認爲,原始大氣已經不存在了,現在的大氣是由於地球內部火山活動所噴發出的物質演化成的。爲了分析說明這個問題,我們可以和地球的左鄰右舍(金星和火星)進行一下對比。根據探測資料,金星的大氣成分主要是碳酸氣,它的下部主要是二氧化碳,另外還有少量的氧、氮、碳、氖、氦、水汽,上部有原子狀態的氧。火星的大氣成分主要是二氧化碳,另外還有些氨(NH)、氫、氧、水汽等物質。那麼是不是以前的大氣也是這樣的呢?作爲一個問題可以這樣考慮。

  假如地球原始大氣也是以碳酸氣爲主的話,那麼爲什麼和今天以氮和氧爲主的成分不一樣?假如地球大氣主要是火山噴發出來的,根據現在火山噴發的資料來看,火山噴發物質中主要是水汽,占81%,二氧化碳占10%,另外還有氮、硫等等,但沒有游離狀態的氧。由此,可見,無論是從原始大氣來看,還是從火山噴發氣體中的這些成分都很少。而且大氣中自從有了自由氧,才可能有臭氧的形成。有了氧,原始大氣中的一氧化碳,經過氧化成爲二氧化碳,甲烷經氧化成爲水汽和二氧化碳,氨經氧化成爲水汽和氮,因而二氧化碳才占優勢。

  二氧化碳在初始大氣中占的分量很大,但是由於光合作用的發展,碳大量的被用來構成生物體,另外一部分碳溶解于海洋,成爲海洋生物發展的一種物質。當大氣中的二氧化碳較多時,溶解到海水體中的二氧化碳就相對增多。現在有一種看法認爲,由於化石燃料的燃燒,二氧化碳的濃度在增大。但在二氧化碳濃度增大的同時,自然界生態平衡的結果也不可能使二氧化碳的濃度過分地增大,一定有一部分要溶解到水體中去。

  再一個成分就是氮。現在大氣中的主要成分是氮,但從原始大氣中或火山噴發氣中來看,氮的成分是很少的,只有百分之幾。而現在氮的增多,主要有兩個原因,一是氮的化學性質很不活躍,不太容易同其他物質化合,多呈游離狀態存在;另一方面,氮在水中的溶解度很低,氮的溶解度僅相當於二氧化碳的七分之一,所以它大多以游離狀態存在於大氣中,由於二氧化碳的減少,初始水汽又大部分變成液態水,成爲今天的水圈,相對來說,氮和氧的比例就增多了,所以今天氮有這麼多,是和氮本身的特性有關的。當然,氮也進行著循環,一些根瘤菌可以吸收氮,使得一部分氮參加到生物循環里去,這些物質在腐爛分解後,又放出遊離的氮;也有一小部分氮進入到地殼的硝酸鹽中。氮雖參加循環,但大部分呈游離狀態存在,相對來說,它的數量在增多,以致成爲大氣的主要成分。由此我們可以得出兩點結論:第一,現在的大氣成分是地球長期演化的結果,是和水圈、生物圈、岩石圈進行充分的物質循環的結果。可以說,這幾個圈層是相互聯繫,互相滲透的一個整體。第二,現在的大氣成分還在不斷的進行著循環過程之中,而且這個過程基本是平衡的,穩定的,在短時期內不是會有明顯變化的。