Không khí bao quanh Trái Đất được hình thành như thế nào?

Hằng ngày ta sống trong bầu không khí, hít thở không khí, vậy thực chất không khí được hình thành như thế nào? Vấn đề này cho đến nay vẫn chưa có câu trả lời thật đầy đủ, người ta đang cố gắng tìm hiểu và phát hiện thêm.

Người ta cho rằng, ban đầu khi Trái Đất từ tinh vân Mặt Trời ngưng kết lại thành một khối cầu lỏng lẻo, không khí không những đã bao trùm bề mặt Trái Đất mà còn hòa trộn vào bên trong. Khi đó trong không khí, thành phần nhiều nhất là hyđro, chiếm khoảng 90%. Ngoài ra còn có khá nhiều hơi nước, khí mêtan, amoniac, hêli và một số khí trơ khác, nhưng hầu như không có nitơ, oxi và khí cacbonic.

Về sau vì lực hút của tâm Trái Đất, khối cầu lỏng lẻo này co lại. Trong quá trình co lại, không khí bị ép, khiến cho nhiệt độ trong lòng đất tăng lên mạnh mẽ, không khí từ trong lòng đất khuếch tán ra không trung. Khi Trái Đất nhỏ đến mức độ nhất định, tốc độ thu nhỏ chậm dần, nhiệt độ do hiện tượng co gây ra cũng giảm dần, Trái Đất nguội lạnh đi, vỏ đông kết lại. Phần không khí nằm trong vỏ Trái Đất bị ép ra, đồng thời chịu sức hút của tâm Trái Đất nên nó bao bọc bên ngoài Trái Đất, hình thành tầng khí quyển. Đến đây hơi nước ngưng kết thành nước, khiến cho trên vỏ Trái Đất bắt đầu có nước. Thời kỳ đầu tầng khí quyển vẫn còn rất mỏng, thành phần không khí còn khác xa với khí quyển ngày nay, nhưng vẫn gồm có: hơi nước, hyđro, hêli, amoniac và một số khí trơ khác nữa, v.v..

Sau khi vỏ Trái Đất rắn kết, dưới tác dụng hàng tỉ năm của các chất phóng xạ, nhiệt độ trong lòng Trái Đất không ngừng tăng lên, tạo ra sự điều chỉnh lớn giữa các địa tầng, khiến cho một số vùng nào đó của vỏ Trái Đất phát sinh đứt gãy tầng và chuyển đổi vị trí, rất nhiều nham thạch và nước trong vỏ Trái Đất dưới điều kiện nhiệt độ cao lại tiếp tục phóng thích ra làm tăng thêm lượng nước trong sông, biển. Một số chất khí bị giữ lại trong đất đá hoặc các địa tầng, bao gồm cả khí cacbonic thoát ra với lượng lớn bổ sung vào tầng khí quyển.

Đến đây trong tầng khí quyển đã có nhiều hơi nước, chúng bị ánh nắng Mặt Trời chiếu xạ, một bộ phận phân giải thành hyđro và oxi. Những oxi này một phần kết hợp với hyđro trong amoniac khiến cho nitơ trong amoniac được giải phóng, một phần kết hợp với hyđro trong khí mêtan khiến cho cacbon trong mêtan phân ly ra. Những cacbon này lại kết hợp với oxi hình thành khí cacbonic.

Như vậy thành phần chủ yếu của không khí biến thành: oxi, hơi nước, nitơ và cacbonic. Nhưng hồi đó khí cacbonic nhiều hơn bây giờ rất nhiều, còn oxi thì ít hơn.

Theo kết quả đo các nguyên tố đồng vị gần đây thì từ ngày hình thành đến nay, Trái Đất đã có hơn năm tỉ năm tuổi. Cách đây khoảng 1,8 - 1,9 tỉ năm, các sinh vật thủy sinh dần dần được hình thành. Cách đây khoảng 700 - 800 triệu năm, thực vật bắt đầu có trên các lục địa. Hồi đó hàm lượng khí cacbonic trong không khí rất nhiều cho nên rất có lợi cho tác dụng quang hợp của thực vật, khiến cho thực vật sinh sôi phát triển mạnh mẽ. Khi một lượng lớn thực vật tiến hành quang hợp đã hút khí cacbonic trong không khí và nhả ra oxi khiến cho hàm lượng oxi trong không khí tăng lên rất nhanh, cho nên khoảng 500 triệu năm trước, các loại động vật trên Trái Đất cũng tăng nhanh. Sự hô hấp của các động vật lại khiến cho oxi trong không khí chuyển thành khí cacbonic.

Sau khi động, thực vật trên Trái Đất tăng lên, động vật bài tiết và khi chết thi thể của chúng mục rữa, một bộ phận anbumin biến thành amoniac và muối amoni, một bộ phận khác trực tiếp phân giải thành nitơ. Bộ phận biến thành amoniac và muối amoni thông qua tác dụng oxi hóa và khử oxi của vi khuẩn, có một bộ phận biến thành khí nitơ đi vào không khí. Trong điều kiện nhiệt độ bình thường, khí nitơ không hoạt tính nên rất khó kết hợp với các nguyên tố khác, do đó nitơ trong không khí tích lại ngày càng nhiều, cuối cùng đạt đến hàm lượng như ngày nay.

Hồi đó lớp không khí gần mặt đất đã có được thành phần như ngày nay. Nitơ chiếm khoảng 78%, oxi khoảng 21%, agon gần 1%, tổng số các khí vi lượng khác không đến 1%.

Từ đó có thể thấy sự hình thành bầu khí quyển một mặt có liên quan đến sự hình thành Trái Đất và vỏ Trái Đất, mặt khác có liên quan với sự xuất hiện của động, thực vật. Nó không phải hình thành một cách cô lập.

Đó là cách giải thích tương đối phổ biến của giới khoa học. Ngày nay loài người đã có kỹ thuật tiên tiến để tìm hiểu tình trạng không khí của các ngôi sao trong Vũ Trụ, qua so sánh kết quả đo lường không khí giữa một số hành tinh có thể thấy rõ, bầu không khí của các hành tinh đang ở những giai đoạn phát triển khác nhau. Điều đó giúp ta tìm hiểu được rất nhiều quá trình hình thành khí quyển của Trái Đất. Nhưng lý luận về sự hình thành khí quyển phù hợp với thực tế nhất còn phải chờ sự khám phá sâu thêm một bước nữa.