Эволюция атмосферы и гидросферы

Земля была расплавленной около 1 млрд. лет. Дальнейшее развитие в результате дифференциации вещества в жидком состоянии привело к расслоению планеты на оболочки и формированию атмосферы и гидросферы.

Атмосфера Земли раннего этапа имела другой компонентный состав, чем сейчас. В ней преобладали гелий, водород, азот, углекислый газ. В дальнейшем часть газов улетучивалась в космос, другая часть участвовала в окислительных процессах, но происходило и пополнение атмосферы газами, поступающими с недр Земли. Только при извержении вулканов в атмосферу поступило газов в 50 раз больше массы современной атмосферы. Первоначальная атмосфера изменялась под воздействием поступающих из недр газов, солнечной радиации, растительности, окислительных процессов, утечки в космос. На рубеже 2-2,2 млрд. лет назад возникла азотно-кислородная атмосфера, а содержание углекислого газа уменьшилось. Содержание углекислого газа сейчас в атмосфере составляет 0,034%. Оно зависит от скорости обмена с океаном и биосферой, что определяется температурой и влажностью.

Гидросфера Земли появилась позже начала образования планеты. Но с раннего архея объем воды стал значительно увеличиваться и 2-2,5 млрд. лет назад её объем приблизился к современному. Об этом свидетельствуют породы этого периода, формировавшиеся в водной среде (зеленокаменные офиолитовые пояса, голубые сланцы). Первичные океаны возникли 3,5-4 млрд. лет назад.

Воды Мирового океана и газы атмосферы возникли в результате преобразования материала мантии и образования и развития земной коры. Основной состав атмосферы – азотно-кислородный при незначительном количестве инертных газов и водорода. Этот состав отличается от состава вулканических газов. Причина этого кроется в изменении атмосферы за геологическое время и под влиянием развития жизни на планете. Зарождение жизни относят ко времени 3,6 млрд. лет назад. За это время вся вода Мирового океана прошла более 300 раз через биогенный цикл, а свободный кислород обновился более миллиона раз. В результате фотосинтеза ежегодно образуется 248 млрд. тонн в год кислорода при потреблении 341 т углекислого газа. Кроме этого, кислород образуется за счет фотодиссоциации водяного пара. Приведенные цифры показывают огромную роль живого вещества в формировании и изменении состава атмосферы за геологическое время. Выветривание пород земной коры сопровождается процессами окисления и гидратации. Свободный кислород связывается, погружаясь в глубину. В породах при метаморфизации наблюдаются восстановительные процессы. В этих процессах образуется вода и углекислота, выделение свободного кислорода не наблюдается.

Излияние базальтов на поверхность Земли приносило ювенильные минерализованные воды и газы. В базальтовой магме содержится 7%воды. Таким образом, образование коры сопровождалось и образованием воды и газов атмосферы. Поступали газы: СО, СО₂, СН₄, ΝН₃, S, H₂S, H₃BO₃, HCl, HFe, Ar, He. Ювенильные воды разрушали алюмосиликатные породы, растворяли Na, К, Rb, Cs, Мg, Са, Сг, Fe. При круговороте воды значительная часть солей задерживалась в океане. В настоящее время установился определенный баланс состава атмосферы и солевого состава гидросферы, происходящие изменения медленны и определяются ходом векового химического изменения под действием физико-химических и биологических факторов.

Живое вещество является не только основным поставщиком кислорода и поглощения углекислого газа. Оно так же концентрирует многие другие элементы: кремний, железо, фосфор, марганец и другие. Этапы развития живого вещества соответствуют изменениям в их взаимоотношении к различным элементам таблицы Менделеева. Так, первичные живые организмы развивались за счет окислительных процессов, следующий этап развития живого вещества использовал фотосинтез и усилил концентрацию Al, Si, Са, Ti, Сг, Mn, Fe, Co, Ni, Сu, Zn и др. Таким образом, живое вещество оказало и оказывает огромное влияние на миграцию химических элементов, а значит и на формирование не только состава атмосферы, но и на процесс преобразования земной коры, образования месторождений полезных ископаемых железо-марганцевых руд, нефти и газа, угля, известняков, доломитов и т.д. Общая масса живого вещества сейчас составляет 2420 млрд. тонн.

Об отсутствии кислорода в атмосфере в начальный период существования Земли свидетельствует отсутствие в морских отложениях минералов кислородных солей: сульфатов, карбонатов, минералов окисного железа. В дальнейшем состав отложений изменяется и свидетельствует о появлении свободного кислорода. Это произошло на рубеже 3 млрд. лет назад.

Установлено также, что из земных недр непрерывно поступают в земную кору и на поверхность флюиды (газы и жидкости с растворенными солями и элементами). Это в первую очередь гелий, водород, углеводородные газы, вода. Но не только флюиды поступают в земную кору и изменяют её. Поднимаются в результате процессов дифференциации и более тяжелые элементы и вещества, также как и опускаются. Но этот процесс идет со скоростями в сотни и тысячи раз медленнее, чем для флюидов. Такие процессы обуславливают метаморфизацию пород, гранитизацию, превращение океанической коры в континентальную и наоборот.