אטמוספירת כדור הארץ

אטמוספירת כדור הארץ היא מעטפת גז, סביב לכדור הארץ. האטמוספירה מאפשרת את החיים על פני כדור הארץ בכך שהיא סופגת את מרבית הקרינה האולטרה סגולה המגיעה מהשמש וגורמת למיתון הבדלי הטמפרטורה בין היום והלילה. 75% מגזי האטמוספירה נמצאים בגובה של עד 11.3 קילומטר מעל גובה פני הים. שינויים באטמוספירה גורמים לשינויים באקלים ובמזג האוויר.

האטמוספירה וקרינת השמש

האטמוספירה של כדור הארץ היא הגורם הראשון הבא במגע עם קרינה מהחלל ובעיקר עם קרינת השמש. הקרינה מפרקת מולקולות בשכבות העליונות של האטמוספירה. זו, מצדה, הודפת בחזרה לחלל כ-8% מקרינת השמש (עוד 17% נהדפים על ידי שכבת העננים, ושאר הקרינה פוגעת בפני הארץ).

לחץ אטמוספירי

כוח המשיכה "מושך" את האטמוספירה כלפי פני הקרקע. לחץ אטמוספירי הוא תוצאה ישירה של משקל האוויר. משמעות הדבר שהלחץ האטמוספירי משתנה עם המקום משום שכמות (ומשקל) האוויר שמעל משתנה עם המקום והזמן, מה שגורם לרמות ולשקעים ברומטריים. הלחץ האטמוספירי יורד בכ-50% בכל עליה בגובה של 5.5 קילומטר. הלחץ האטמוספירי הממוצע בגובה פני הים הוא בערך 101.3 קילו פסקל שהם 1,013 מיליבר. לחץ אטמוספירי נמדד על ידי ברומטר או על ידי ברוגרף.
צפיפות האוויר בגובה פני הים ובתנאים סטנדרטיים היא בערך 1.293 קילוגרם לכל מטר מעוקב. הצפיפות משתנה בהתאם לאחוז הלחות באוויר והטמפרטורה. צפיפות זו יורדת עם העלייה בגובה בערך באותו יחס שהלחץ יורד. הירידה בצפיפות (ובלחץ) היא אקספוננציאלית עם מרחק דעיכה אופייני של כ-7.6 קילומטר. המסה הכוללת של האטמוספירה היא בערך  קילוגרם, כמליונית מהמסה הכוללת של כדור הארץ.
המשוואה ההיפסומטרית, הידועה גם כ"משוואת העובי", מקשרת בין יחס לחצים באטמוספירה ובין העובי האקוויוולנטי של שכבה אטמוספירית.

האטמוספירה על כדור הארץ הקדום

הרכב האטמוספירה במילארדי השנים האחרונות שונה באופן ניכר מהרכבה על כדור הארץ הקדמון עד כי נהוג לכנות את האטמוספירה העכשווית בשם "האטמוספירה השלישית". "האטמוספירה הראשונה" והמקורית של כדור הארץ מיד לאחר היווצרותו, הייתה מורכבת בעיקר ממימן ומהליום. גזים אלו קלים במיוחד ומשוער כי התפזרו לחלל בהשפעת החום של כדור הארץ המותך, פגיעת מטאורים ורוח השמש. עם זאת, ב-2005 התפרסם מחקר אשר גורס כי קצב התפזרות המימן לחלל היה אטי מן המשוער וייתכן כי היה נוכח גם בתקופת "האטמוספירה השנייה".
לאחר התקררות הדרגתית, קליפת כדור הארץ נוצרה במהלך התקופה שלפני 3.9-3.5 מיליארד שנים. במהלך תקופה זו התרחשה פעילות געשית אינטנסיבית אשר שחררה כמויות גדולות של פחמן דו-חמצני ואדי מים. כמו כן, כדור הארץ ספג מטחים תכופים של שביטים אשר גם הם הכילו כמויות גדולות של מים. באופן זה נוצרה "האטמוספירה השנייה" של כדור הארץ, אשר הכילה, על פי המשוער בעיקר חנקן ופחמן דו-חמצני. אטמוספירה זו לא הכילה חמצן, אשר הוא פעיל כימית במידה רבה ויוצר באופן טבעי תחמוצות שונות. על פי הערכות בתקופה זו לחץ האטמוספירי היה גבוה פי 60 עד 100 מהלחץ בעת המודרנית, והאטמוספירה הייתה דומה מאוד לאטמוספירה של נגה. העדות המרכזית לכך הן הכמויות הגדולות של פחמן דו-חמצני, אשר כלוא במשקעי גיר, הנוצר באוקיינוסים, והיה חופשי באטמוספירה עד הופעת האוקיינוסים. סביר כי כמות גבוהה זו של פחמן דו-חמצני יצרה אפקט חממה משמעותי, אשר מנע את קפיאת כדור הארץ.
עם המשך ההתקררות של האטמוספירה מתחת ל-100ᴼC החלו להתעבות אדי המים ליצירת אוקיינוסים אשר ספגו לתוכם את מרבית הפחמן הדו-חמצני. על פי עדויות מאובנים, החלה הופעה של ציאנו-בקטריות (אורגניזמים חד-תאיים בעלי יכולת לבצע פוטוסינתזה בתקופה שלפני 3.5-3.3 מיליארד שנה). הופעתם של אורגניזמים אלו ותהליכי הפוטוסינתזה גרמו לשחרור של חמצן לאטמוספירה באופן הדרגתי והפחתה בכמויות הפחמן הדו-חמצני בתהליך הידוע בשם אסון החמצן. הופעת החמצן אפשרה את יצירת שכבת האוזון ותהליכי נשימה אירובים אשר גרמו לצריכה של החמצן הנוצר בפוטוסינתזה ובכך נוצר איזון בין שני התהליכים והתייצבות של הרכב האמוספירה ליצירת האטמוספירה השלישית, הקיימת בימינו.