地球/4a. 你呼吸的空气
深吸一口气。你吸入的空气是由形成地球大气层的独特气体混合物组成的。地球的大气层是围绕球体的气体层，代表着地球的最外层部分。了解地球大气层中独特的气体混合物对于需要某些气体进行呼吸的生物至关重要。我们大气中的空气是气体的混合物，单个分子之间距离非常大。虽然大气在行星的各个区域之间略有不同，但地球的大气层在成分上几乎一致，主要成分是氮气（N2），占大气层的约 78.08%。地球大气中第二丰富的成分是氧气（O2），占大气层的 20.95%。剩下 0.97%，其中 0.93% 由氩气 (Ar) 组成。这种氮气、氧气和氩气的混合物在太阳系中非常独特，尤其是与附近的行星相比，因为火星的大气层中 95.32% 是二氧化碳 (CO2)，2.6% 是氮气 (N2)，1.9% 是氩气 (Ar)。而金星的大气层中 96.5% 是二氧化碳 (CO2)，3.5% 是氮气 (N2)，还有微量的二氧化硫 (SO2)。地球的大气层在其丰富的氧气 (O2) 和极低的二氧化碳 (CO2) 含量方面很奇怪。然而，有证据表明地球的早期历史与金星和火星相似，大气中富含二氧化碳。
地球早期大气的证据来自对阿波罗任务带回地球的月球岩石的仔细研究，这些研究表明月球岩石中碳元素含量较低，岩石总重量的 0.0021% 到 0.0225% 由各种碳化合物组成 (Cadogan 等人。1972：月球碳化合物的调查)。对地球火成岩的分析表明，碳在地球固体中更常见，含量在 0.032% 到 0.220% 之间。如果地球最初的历史与月球上发现的岩石成分相似（在其熔融的早期历史中），地球上的大部分碳都将以二氧化碳和甲烷的形式以气体的形式存在于大气中，这将导致大气密度高出 1000 倍，并且主要含有二氧化碳，与金星和火星相似。古代锆石晶体的进一步证据表明，在地球历史的前 10 亿年，地球固体中的碳含量很低，这支持了一种主要由二氧化碳组成的大气层的早期存在。
如今，地球岩石和固体物质含有绝大多数碳（超过地球碳的 99%），只有少量碳存在于大气和海洋中，而在其早期历史中，大气层似乎是碳的主要储存库，含有地球总碳的大部分，只有一小部分被锁定在岩石中。数十亿年来，在水蒸气的存在下，大气中二氧化碳的含量逐渐减少，因为碳从大气中以碳酸的形式被去除，并以碳酸钙 (CaCO3) 的形式沉积到地壳岩石中。这种从大气中清除二氧化碳的过程似乎没有发生在金星和火星上，因为这两颗行星的行星表面都没有大量液态水和水蒸气。这可能也导致地球的大气层密度降低，如今地球海平面附近的大气密度为 1.217 kg/m3。随着光合作用生物的出现和碳酸钙骨骼的出现，地球大气中的二氧化碳含量急剧下降，进一步将二氧化碳从大气中清除，并在大约 25 亿年前加速了这一过程。
应该注意的是，水 (H2O) 是地球大气层的重要组成部分，它来自地球液态海洋、湖泊和河流的蒸发气体。大气中水蒸气的含量以相对湿度 衡量。相对湿度是指水蒸气分压与给定温度下光滑表面上液态水平衡压力的比值（通常用百分比表示）。100% 的相对湿度意味着水蒸气分压等于液态水平衡压力，并会凝结成水滴，要么是雨水，要么是玻璃窗上的露水。请注意，相对湿度不是大气中水蒸气含量的绝对度量，例如，测量的相对湿度为 100%不意味着空气中含有 100% 的水蒸气，也不意味着 25% 的相对湿度意味着空气中含有 25% 的水蒸气。事实上，水蒸气 (H2O) 仅占大气总成分的 0% 到 4%，在赤道热带地区（如雨林）达到 4%。在大多数地方，水蒸气 (H2O) 仅占大气层的微量，主要存在于地球表面附近。空气中可以容纳的水分子数量与温度和压力有关。温度越高，压力越低，空气中存在的水分子越多。水分子与地球的空气处于平衡状态，但是，如果地球表面的温度升至 100° 摄氏度以上，水的沸点，地球上大部分水将转化为气体，并作为水蒸气构成地球大气层的重要组成部分。科学家们争论地球表面温度何时降至低于这个高值，以及何时地球表面首次出现液态海洋，但到 38 亿年前，地球上似乎已经存在了海洋。
在此之前，是地球熔融状态的时间段，称为冥古宙（以冥界命名，希腊神话中的冥界）。冥古宙持续了 5 亿到 7 亿年，当时的地球类似于金星的炎热表面，但不断受到陨石撞击，以及大量的火山喷发和熔岩流动。来自这一时期的岩石很少，如果有的话，因为在它的历史中，地球的大部分都是熔融和液态的。温度必须下降，导致地球表面出现液态水，并导致大气层密度降低。这开始了从大气中清除二氧化碳的漫长过程。
在接下来的 13 亿年里，地球的大气层主要由水蒸气、二氧化碳、氮气和氩气组成，还含有少量难闻的二氧化硫 (SO2) 和氮氧化物 (NO2)。目前尚无定论，早期大气中是否可能存在硫化氢 (H2S)、甲烷 (CH4) 和氨 (NH4) 的局部区域，或者这些气体化合物是否主要在早期大气中被氧化。然而，游离氧 (O2) 在地球早期大气中很少或不存在，因为游离氧作为气体只有在后来才会出现，而当它出现时，它将彻底改变地球。
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