Utvikling av jordens atmosfære
Den utviklingen av jordens atmosfære er en del av teorien om den kjemiske utviklingen av det jorden og også en viktig del av klimahistorie . I dag er det fire hovedfaser i utviklingen.
Grunnleggende
Det er ingen bindende modell for å dele utviklingen av jordens atmosfære i fire nivåer, og språket som brukes er veldig annerledes. Den første fasen kalles jevnlig urstemning , uratmosfære eller første atmosfære . Avhengig av valg av termer nummereres alle følgende utviklingsstadier, enten ved å fortsette med den første atmosfæren eller ved å bruke uttrykket første atmosfære som et synonym for den opprinnelige atmosfæren, og følgelig følger den andre atmosfæren. Det første alternativet brukes nedenfor. Det skal imidlertid bemerkes at i tilfelle grovere klassifiseringer blir atmosfærens tilstand referert til som den primære atmosfæren til høyere oksygenkonsentrasjoner oppstår .
Det var svingninger i konsentrasjonene av atmosfæriske gasser, uavhengig av inndeling i visse utviklingsstadier gjennom jordens historie . Dagens atmosfære er ikke noe unntak, og dens sammensetning kan derfor også endres innenfor rammen av menneskelige tidsskalaer. Atmosfæren er i konstant interaksjon med de andre jordkulene , spesielt hydrosfæren med sine hav og litosfæren over vulkanismen . Men også jorda og spesielt den levende verden er påvirkninger som ikke bør undervurderes. Til syvende og sist er det bare samspillet mellom alle faktorer, inkludert deres mange interaksjonsmekanismer, som kan gi en avgjørende forklaring på hvordan atmosfæren utviklet seg tidligere ( paleoklimatologi ) og muligens vil utvikle seg i fremtiden ( klimatologi ).
utvikling
Urstemning
Jorden ble dannet for 4,58 milliarder år siden. Veldig tidlig hadde den en gasshylle, antagelig sammensatt av hydrogen (H 2 ) og helium (He) og i mindre grad metan (CH 4 ), ammoniakk (NH 3 ) og noen edelgasser , som imidlertid bare rett på grunn av det lavere tyngdefeltet. var svakt bundet til planeten. Som et resultat gikk det nesten helt tapt igjen innen få hundre millioner år. Dette var på grunn av den sammentrekningsrelaterte oppvarmingen, forfallet av radionuklider med frigjøring av varme og de hyppige påvirkninger fra mindre himmellegemer , som på grunn av de høye hastighetene til de påvirkende objektene førte til - i det minste delvis - smelting av jorden. Ved denne meget høye temperaturen, som på grunn av de høye partikkelhastighetene (se atmosfære ) alene ville vært nok til å oppløse jordens tidlige gasshylle, kom tenningen av kjernefusjon i solen . Den ekstremt sterke solvinden som deretter satte inn fjernet også de siste restene av uratmosfæren, spesielt lyselementene, og blåste dem inn i de ytre områdene av solsystemet . Fra spektralanalyser av planetene der, spesielt Jupiter og Saturn , kommer en stor del av de vitenskapelige teoriene om den tidlige jordas atmosfære fra.
Første atmosfære
Over tid ble påvirkningene sjeldnere og intensiteten fortsatte å avta. På denne måten klarte jorden å kjøle seg langsomt ned ved å avgi termisk stråling i rommet. De lavere temperaturene og dermed partikkelhastighetene til gassene reduserte diffusjonen i rommet, noe som fremmet dannelsen av en atmosfære. Vulkanismen som skjedde i den påfølgende perioden førte til sterk utgassing og skapte dermed den første atmosfæren. Den gravitasjons differensiering av jorden, spesielt dannelsen av en jern-nikkel-kjernen, hadde en dramatisk effekt på sammensetningen av disse utslippene. Som et resultat viste jordskorpen og kappen en mye høyere grad av oksidasjon og frigjorde som et resultat hovedsakelig karbondioksid, nitrogen og svoveldioksid, men mindre metan, hydrogensulfid og ammoniakk.
For litt over fire milliarder år siden besto atmosfæren på den tiden sannsynligvis av rundt 80% vanndamp (H 2 O), 10% karbondioksid (CO 2 ) og 5 til 7% hydrogensulfid (H 2 S) og spor av nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), karbonmonoksid (CO), helium, metan og ammoniakk. Dette er selve produktene fra vulkanisme som også kan observeres i dagens vulkanisme. Ellers kan ikke denne informasjonen bevises direkte. Den høye andelen vanndamp kan forklares med at atmosfæren på den tiden fremdeles var for varm til å kunne danne nedbør . Så det var ingen vannmasser på jorden. Den opprinnelsen til vannet er omstridt.
Andre atmosfære
Etter at jorden var avkjølt tilstrekkelig, var det et ekstremt langt sammenhengende regn på rundt 40.000 år, hvoretter havene hadde dannet seg og de andre atmosfæriske gassene ble følgelig beriket i forhold til vanndampen. Den høye UV-strålingen forårsaket en fotokjemisk nedbrytning av vann-, metan- og ammoniakkmolekylene, hvorved karbondioksid og nitrogen akkumulerte, muligens også tolin . Tidlige metabolske prosesser med gjæring og kjemolitotrofe bakterier og arkeaer økte også innholdet av nitrogen og metan. De lette gassene som hydrogen eller helium fordampet ut i rommet, spesielt karbondioksid og hydrogensulfid ble oppløst i store mengder i de nydannede havene. Karbondioksid dannes i oppløsning i vann karbonsyre (H 2 CO 3 ), hvorfra ved dissosiasjon av bikarbonationer (HCO 3 - ,) karbonationer (CO 3 2- ) og hydrogenioner (H + nøyaktig) (: oksonium - ioner H 3 O + ). Som et resultat var hydrogenionkonsentrasjonen høy og pH-verdien veldig lav. Karbonationer danner lite løselige karbonater med visse kationer , spesielt kalsiumioner , som blir utfelt. På grunn av den lave pH-verdien var imidlertid konsentrasjonen av karbonationer veldig lav, og kalsiumkarbonater falt ikke i utgangspunktet. Forbruket av karbondioksid for å bygge opp biomasse, dvs. for vekst av levende vesener, økte pH-verdien og dermed også konsentrasjonen av karbonationer, med det resultat at karbonater ble utfelt. Dette førte til massive forekomster på havbunnen. Bare det inerte nitrogen forblir upåvirket. Dette akkumulerte seg over tid, og for rundt 3,4 milliarder år siden ble utviklingen av den andre atmosfæren fullført. Den hadde antagelig nitrogen som hovedbestanddel og inneholdt i mindre mengder sannsynligvis vanndamp, karbondioksid og argon.
Tredje stemningen
Dannelsen av oksygen (Dioxygen, O 2 ) spiller hovedrollen i dannelsen av dagens tredje atmosfære. Her kommer oksygenisk fotosyntese en dominerende posisjon til andre effekter, for eksempel foto-dissosiasjon av vanndamp, er nesten ubetydelige. Selv om cyanobakteriene kanskje var de første levende vesener som utførte oksygenisk fotosyntese for 3,5 milliarder år siden, ble deres innvirkning på sammensetningen av jordens atmosfære tydelig veldig sent. Årsaken til den opprinnelig lave anrikningen av fritt oksygen var at oksygenet som ble dannet i havene reagerte umiddelbart kjemisk med andre stoffer i omgivelsene.
Oksygen ble konsumert i oksydasjonen av toverdig jern til treverdig jern, dvs. dannelsen av Fe (III) forbindelser som er vanskelige å oppløse i vann, og ved oksidasjon av hydrogensulfid eller sulfid til sulfat. Siden oksygenet følgelig ikke klarte å akkumulere seg i havene, ble det ikke opprinnelig frigjort oksygen i atmosfæren. Sulfide tungmetallmineraler ble også oksidert, for eksempel FeS og FeS 2 til Fe 2 O 3 og SO 4 2− . De bånd malm fortsatt gi bevis på dette stadiet i historien av jorden.
På grunn av fallet i jern (II) og sulfidkonsentrasjoner for rundt 2,3 milliarder år siden , ble oksygenet, som hovedsakelig ble produsert av cyanobakterier og alger , beriket i havene og dermed også rømt ut i atmosfæren. Oksygenkonsentrasjonen i atmosfæren steg til rundt 3% for 1 milliard år siden. Samtidig reduserte konsentrasjonen av karbondioksid som et resultat av dets assimilering av levende ting og utfelling av karbonater. De første aerobe organismene dukket opp for 1,5 milliarder år siden, som konsumerte oksygen i en oksidativ energimetabolisme og fikk dermed mer energi (i luftveiskjeden ) enn i en energimetabolisme uten oksygen. Oksygenkrevende åndedrett og oksygendannende fotosyntese oppnådde til slutt en balanse.
For omtrent 750 til 400 millioner år siden førte den økende oksygenkonsentrasjonen til dannelse av ozon (O 3 ) i høyere lag av atmosfæren og dermed til en skjerming av jordoverflaten mot UV-stråler, som spiller en avgjørende rolle i utviklingen av liv på kontinentene. spilt. For 500 til 600 millioner år siden var oksygenvasken mettet og oksygenkonsentrasjonen i luften steg kraftig til 12% på grunn av oksygenisk fotosyntese. Det nåværende nivået ble først nådd for rundt 350 millioner år siden, men har sett flere sterke svingninger siden den gang. Oksygeninnholdet under karbon var over 30% og falt til rundt halvparten som et resultat av klimaendringene under perm-triasovergangen . Ved Jura steg oksygeninnholdet igjen til 26% , ikke minst på grunn av utvikling av trær , nådde en ny topp i krittperioden på 30% og falt deretter gradvis til dagens nivå på rundt 21%.
Nyere utvikling
Senest har det vært en økning i konsentrasjonen av klimagasser . Spesielt har konsentrasjonen av karbondioksid i jordens atmosfære økt nesten 1,5 ganger de siste hundre årene. Imidlertid er det ikke bare den totale konsentrasjonen av en gass over hele atmosfæren som er viktig, men også stratifiseringen (gradienten) . For eksempel har ozon i ozonosfæren stor betydning for livet i landlige områder, men det er helseskadelig i den nedre troposfæren ( smog ).
litteratur
- David C. Catling, Mark W. Claire: Hvordan jordas atmosfære utviklet seg til en oksisk tilstand: En statusrapport . Earth and Planetary Science Letters 237, 2005, s. 1-20, doi : 10.1016 / j.epsl.2005.06.013 , ( online ; Engl.).
- Heinrich D. Holland: Oksygenering av atmosfæren og havene . I: Phil. Trans. R. Soc., B. Vol. 361, 2006, s. 903-915, doi : 10.1098 / rstb.2006.1838 , ( online ; Engl.).
- GH Shaw: Jordens atmosfære - Hadean til tidlig proterozoisk . I: Jordens kjemi . Vol. 68, nr. 3, 2008, s. 235-264 (Eng.).
Individuelle bevis
- ↑ Wiki.Bildungsserver.de: Historien om jordens atmosfære
- ^ Karl-Heinz Ludwig: En kort historie om klimaet , s. 14-15, Verlag CH Beck
- ↑ TU Darmstadt , Department of Meteorology: Først atmosfære - her kalt ur-atmosfære ( Memento av den opprinnelige fra 14 november 2016 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble automatisk satt inn og ennå ikke kontrollert. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. .
- ↑ TU Darmstadt , Department of Meteorology: Kapittel 1.2: Dannelse av dagens atmosfære ( Memento av den opprinnelige fra 14 november 2016 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble automatisk satt inn og ennå ikke kontrollert. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. . Hentet Jan / 2017.
- ↑ Oxygen innholds 1000mj
