L; gk; r; k; с; ce; Жени
Химичният състав на земната атмосфера е специален. Когато разглеждаме изменението на климата, основно внимание заслужават кислородът и въглеродният диоксид. Как са се променили концентрациите на тези два газа през милиарди години и какви процеси са причинили тези промени? - пита Тоби Тирел от Океанографския център на Саутхемптън.
Сравнението на атмосферата на Земята и другите планети разкрива, че земната атмосфера е уникална в нашата слънчева система. Двете най-близки планети, Марс и Венера, са с високо съдържание на въглероден диоксид, но с ниско съдържание на кислород. На Земята виждаме обратното, въпреки че в началото атмосферата на трите планети вероятно е била сходна. (Таблица I). Утайките от ранен етап от историята на Земята предполагат, че в земната атмосфера и моретата в началния период е имало малко или никакъв кислород. От утайките също се заключава, че на Земята винаги е имало течна вода, въпреки първоначално по-студеното Слънце, поради силно изолиращата, високовъглеродна атмосфера. В противен случай температурата щеше да е толкова ниска, че всички морета да замръзнат. Как Земята е загубила изолационното си въглеродно одеяло и как е натрупала кислород?
Таблица I. Сравняване на атмосферата на планетите
| Газ | Венера | Земята (животпреди неговото формиране) | Марс | Земята (животслед неговото формиране) |
| CO2 (%) | 96.5 | 98 | 95 | 0,003 |
| O2 (%) | 0,0 | 0,0 | 0,13 | 21. |
| N2 (%) | 3.5 | 1.9 | 2.7 | 79 |
| Общо налягане (бара) | 90 | 60 | 0,0064 | 1.0 |
| Температура на повърхността (o C) | 460 | 240–340 | –53 | 13 |
 |
| Горна фигура: цикъл на органичен въглерод; средна фигура: калций-карбонатен цикъл; долна фигура: цикъл на калциев силикат |
Океаните разтварят големи количества въглероден диоксид. Животът на Земята, особено фотосинтезата, също извлича огромни количества въглероден диоксид от атмосферата за почти невъобразимо дълъг период от време и връща много кислород.
Повечето органични вещества, образувани по време на фотосинтезата, са били вдишани, „изядени“ или атакувани от бактерии в началния период. Съединенията се разлагат, въглеродният диоксид се освобождава и кислородът отново се поема. За да се обогати кислородът в атмосферата и въглеродният диоксид да започне да се изчерпва, част от биомасата, произведена чрез фотосинтеза, трябваше да изчезне от повърхността на Земята.
Малка част от биомасата, образувана в океаните (първоначално без наземен живот), се отлага непрекъснато върху морското дъно и се трансформира в морска седиментна скала. (горна фигура). По време на процеса огромни количества органичен въглерод бавно се компресират в скалите, докато въглеродният диоксид в атмосферата бавно намалява и концентрациите на кислород се увеличават. Богатите на органични вещества материали от биомаса, натрупани в скали, включват например суров нефт и въглища.
Два други фактора са допринесли Земята да загуби голяма част от своя въглероден отпечатък (да се охлади) и да създаде богата на кислород атмосфера. От една страна, скалите в земната кора съдържат голямо количество органичен въглерод (около 12 · 10 20 мола С), което означава, че количеството въглероден диоксид е приблизително. Той намалява със 7 бара по време на геоложки епохи и огромни количества кислород навлизат в атмосферата. Биологичният калциев карбонат (като варовик) съдържа още повече въглерод (приблизително 50 · 10 20 мола, т.е. еквивалент на 28 бара). По-голямата част от този калциев карбонат идва от компресираните черупки на малки морски организми. Черупките, потънали в морското дъно в продължение на хилядолетия, извличат въглерод от морската вода чрез процес, наречен калцификация. (средна фигура):
Въпреки че уравнението прогнозира, че концентрацията на въглероден диоксид в морската вода - а също и в атмосферата чрез дифузия - се увеличава поради утаяването на калциев карбонат, процесът всъщност води до намаляване на атмосферния въглероден диоксид, ако е част от по-голям цикъл (долна фигура). Ако с течение на времето големи количества калциев силикатен тип скали се превърнат в калциев карбонатен тип, в скалите трябва да постъпят значителни количества атмосферен въглероден диоксид.