大氣圈的化學演化
正文
大氣圈的起源，及其在地球歷史中化學成分的變化。大氣圈是地球外圍的大氣層，上限距地面3000千米，下限達地面以下60～100千米，質量為5.3×1018千克。大氣圈的成分 主要由N2、O2、Ar和CO2組成，它們占乾燥空氣的99.99％。還有He、Ne、Kr、Xe、Rn、H、H2、O3、NH3、CH4、NO、NO2、CO、SO2等微量組分。此外還有Hg和I的蒸氣,在高空大氣中存在一些呈氣體狀態的金屬元素，如Th、CO、K、Fe等。除氣體外,大氣中還懸浮著水滴、冰晶和固體微粒。地球內部的去氣作用過程，大氣圈-水圈-岩石圈的相互作用，氣體向宇宙空間的逸散，太陽風、宇宙線輻射和地外物質的隕落，生物和人類的活動等都不斷地改變著大氣圈的化學組成，但大氣圈的主要成分基本上是恆定的。
大氣圈的起源 大氣圈的起源有3種觀點:①原生說，當行星形成時,俘獲太陽星雲的氣體組成；②次生說,行星內部物質通過熔融、去氣過程，釋放的氣體逐漸形成大氣圈；③上述兩種成因的疊加。地球大氣圈的次生起源獲得了愈來愈多的證據，如①金星、地球、火星大氣圈成分相似（地球大氣圈中的 CO2多被轉移至水圈和沉積岩中），證明類地行星的大氣圈起源於行星內部的除氣過程；②地球內部除氣所產生的氣體成分和氣體量足夠形成地球大氣圈；③地球大氣圈的元素與同位素組成與太陽星雲氣體差異極大；④地球大氣圈的稀有氣體豐度與太陽星雲或太陽的豐度不符而與組成地球的初始物質──隕石的豐度相一致。
大氣圈的演化 地球大氣圈的成分和各組分的分壓有著極其複雜的演化過程。地球不同於金星和火星。金星的質量近於地球，由於距太陽較近，表面溫度高，內部除氣所產生的水蒸氣不能在表面凝結成水圈,CO2、SO2、H2S、NO、NO2等積累滯留在大氣圈內形成稠密的CO2大氣圈。火星距太陽較地球遠，表面溫度低，加之質量較小，氣體易於逃逸，火星內部除氣過程釋出的氣體，不能凝結成水體,只能形成極稀薄的CO2大氣圈。地球的大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈具有協調的形成和演化過程。地球內部除氣作用釋出的主要氣體為水蒸氣、CO2、CO、HCl、CI2、HF、HBr、H2S、S、SO2、N2、H2、H、O2、CH4、NH3和稀有氣體等。O2主要來源於水蒸氣的光化學分解和綠色植物的光合作用。地球內部物質的熔融除氣過程，大約共釋放1.74×1018噸揮發性物質,其中CO2約1.22×1015噸。地球初始的大氣圈屬於具有火山氣體成分的強還原性大氣圈。通過水蒸氣的凝結，原始的海洋水成為強酸性水體。隨著海洋水體的增大，大氣圈中CO2的積累,太古宙的地球大氣圈演化為CO2-火山氣體大氣圈。隨著水圈中碳酸鹽的沉積，大氣圈中CO2分壓降低，演化為元古宙的弱氧化的CO2大氣圈。顯生宙生物的繁殖，碳酸鹽沉積量的增長和植物的出現,CO2大氣圈逐步演化為現今的N2-O2大氣圈。
地球各圈層的演化受到地球內部能量的產生、積累、傳輸荷分布的制約。地球內部的能源隨時間而衰減，地球內部物質的熔融、調整、除氣作用的強度也隨時間而減弱。地球內部能源的變化與大氣圈的演化歷程見表。
大氣圈的化學演化