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Evolución de la Atmósfera: Definición
La atmósfera es una capa de gases que rodea un planeta.
La atmósfera de la Tierra se compone de varias capas que son la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera y la exosfera. La atmósfera actual contiene una mezcla de gases (nitrógeno, oxígeno, argón, dióxido de carbono y otros gases).
¡Consulta el artículo La atmósfera terrestre para saberlo todo sobre ella!
La atmósfera de la Tierra ha cambiado con el tiempo. Cuando el planeta se formó por primera vez, era inhóspito. La superficie de la Tierra alcanzaba una temperatura media de 2000ºC, mientras que los volcanes arrojaban constantemente lava y gases tóxicos.
No estaba en condiciones de albergar bacterias, y mucho menos plantas y animales.
La Tierra ha sufrido muchos cambios en los últimos 4.000 millones de años. Ha experimentado eras glaciales, periodos cálidos y millones de formas de vida diferentes. Es imposiblesaber cómo era la Tierra hace miles de millones de años, pero los científicos pueden estudiar rocas, fósiles y núcleos de hielo para hacerse una idea de los climas y las condiciones atmosféricas del pasado. Los científicos han combinado sus pruebas para elaborar una teoría: la evolución de la atmósfera.
Etapas de la evolución de la atmósfera
La evolución de la atmósfera que habitamos hoy puede dividirse en tres etapas principales: la atmósfera primitiva, la formación de los océanos y la era biológica.
La atmósfera primitiva
Cuando la Tierra se formó por primera vez, no tenía atmósfera. El planeta era una bola sofocante de roca fundida sometida al impacto constante de asteroides y rocas. Cuando el bombardeo empezó a disminuir, se creó una fina atmósfera de hidrógeno y helio, los elementos más abundantes del universo.
Los volcanes formaron la primera atmósfera verdadera. Cuando entraban en erupción, expulsaban dióxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno y vapor de agua. Poco a poco, la atmósfera se fue llenando de estos gases.
El hidrógeno y el helio (mucho más ligeros que los gases volcánicos) escaparon al espacio.
Fig. 1: En los primeros tiempos de la Tierra, había volcanes por todas partes, unsplash.com.
Enfriamiento y formación de océanos
Tras unos cuantos millones de años de volcanes y calor sofocante, el planeta empezó a enfriarse gradualmente. El vapor de agua se condensó en líquido y la lluvia cayó durante siglos, llenando las cuencas rocosas para formar océanos.
Eldióxido de carbono se disolvió en el agua, creando compuestos carbonatados. Estos compuestos seprecipitaron para formar rocas sedimentarias y combustibles fósiles.
Cuando un compuesto precipita, significa que se deposita en forma sólida a partir de una disolución.
La Era Biológica
Las pruebas más antiguas de vida en la Tierra son los estromatolitos, que aparecieron 300 millones de años después de la formación de los océanos.
Losestromatolitos son rocas estratificadas que se forman cuando las cianobacterias (organismos microscópicos que realizan la fotosíntesis) unen películas de sedimentos.
Lafotosíntesis provocó un cambio significativo en la atmósfera terrestre.
Lafotosíntesis es el proceso de convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno utilizando la energía de la luz solar.
El oxígeno (O2) es un subproducto de la fotosíntesis. Al principio, las rocas absorbían la mayor parte del oxígeno producido, por lo que no se acumulaba en la atmósfera. Nofue hasta que evolucionaronlas algas cuando los niveles de oxígeno atmosférico empezaron a aumentar, casi mil millones de años después. Al aumentar la fotosíntesis, el dióxido de carbono (CO2) se consumió y se eliminó lentamente de la atmósfera.
El oxígeno atmosférico también forma la capa de ozono (O3 ), que ayuda a protegernos de los efectos devastadores de los rayos UV (ultravioleta) de alta energía procedentes del sol.
¿Sabías que cerca del 70% del oxígeno que respiramos procede de las algas del océano?
Losanimales acuáticos simples empezaron a evolucionar hace 800 millones de años. Al diversificarse las plantas, aumentaron los niveles de oxígeno, lo que permitió el desarrollo de animales más complejos.
La atmósfera actual
El vapor de agua se enfrió para formar océanos. El dióxido de carbono se consumió yfue sustituido por oxígeno. ¿Pero qué pasó con el nitrógeno de las erupciones volcánicas?
El nitrógeno es ungas inerte , por lo que no reaccionó con nada. Su irreactividad le permitió acumularse lentamente hasta convertirse en el gas dominante de la atmósfera actual.
| Gas | Porcentaje (%) |
| Nitrógeno | 78 |
| Oxígeno | 21 |
| Argón | 0.9 |
| Dióxido de carbono | 0.04 |
| Otros gases | 0.06 |
Evolución de la Atmósfera: Cronología
Desde la formación de la Tierra hasta la invención de la máquina de coser, la atmósfera terrestre ha cambiado y ha afectado a la vida en el planeta.
- Hace 4.600 millones de años: Se formó la Tierra. La temperatura era demasiado caliente para sustentar la vida, y las erupciones volcánicas eran constantes.
- Hace 3.800 millones de años: Las temperaturas de la Tierra se enfriaron por debajo de los 100ºC. El vapor de agua de la atmósfera se condensó, creando océanos. Parte del dióxido de carbono quedó atrapado en las rocas.
- Hace 3.500 millones de años: La vida evolucionó por primera vez en los océanos, formando estromatolitos.
Nadie sabe cómo surgió la vida, pero existen dos teorías principales.
- Teoría de la Sopa Primordial: En los océanos había soluciones de moléculas orgánicas. La energía para la síntesis de proteínas procede de un rayo o de la radiación UV.
- Chimeneas hidrotermales de aguas profundas : laschimeneas alcalinas tienen un pH elevado y el agua está caliente (máximo 90ºC). La vida evolucionó en el agua expulsada por estos respiraderos.
- Hace 2.700 millones de años: Evolucionaron las algas. El dióxido de carbono atmosférico disminuyó, sustituido por oxígeno.
- Hace 1.800 millones de años: Evolucionaron los primeros eucariotas. Estos organismos son más complejos que las bacterias.
- Hace 800 millones de años: Evolucionaron los primeros animales simples.
- Hace 540 millones de años: El aumento de los niveles de oxígeno permitió una rápida evolución animal. Este periodo se conoce como la Explosión Cámbrica.
- Hace 200.000 años: ElHomo sapiens (humanos modernos) evolucionó en el continente africano.
- Hace 200 años: La industrialización empezó a afectar a la composición atmosférica y al clima de la Tierra.
Los porcentajes de gases de la primitiva atmósfera terrestre
Es imposible conocer la composición atmosférica hace miles de millones de años, pero los expertos han hecho conjeturas. Lasconstantes erupciones volcánicas sugieren que la atmósfera de la Tierra era principalmente dedióxido de carbono, con algo de vapor de agua y pequeñas cantidades de nitrógeno. El metano y el amoníaco estaban presentes en pequeñas cantidades.
Lo más probable es que el oxígeno estuviera totalmente ausente.
La atmósfera primitiva de la Tierra se ha comparado a menudo con la de Venus, cuya atmósfera está compuesta en un 96,5% por dióxido de carbono. Comoresultado, la atmósfera de Venus es más de 90 veces más densa que la de la Tierra y produce un potente efecto invernadero, elevando las temperaturas de la superficie a más de 470ºC.
Evolución de la Atmósfera: Hechos
A continuación encontrarás una lista de hechos sobre la evolución de la atmósfera
Hace 3.000 millones de años, el Sol sólo brillabaun 70% más que hoy. Pero los gases de efecto invernadero de la atmósfera atrapaban suficiente calor para mantener caliente el planeta.
Cuando se produjo el oxígeno por primera vez, reaccionó con el hierro de las rocas y el suelo. Seformó óxido de hierro rojo, creando enormes extensiones de lechosrojos.
Los lechos rojos son rocas sedimentarias principalmente de color rojo debido a la presencia de óxido de hierro.
Aunque el aumento de oxígeno benefició a algunos organismos, otros tuvieron dificultades. El gas oxígeno era venenoso para muchos organismos, por lo que se trasladaron a hábitats anaeróbicos extremos o se extinguieron.
A pesar del aumento de las temperaturas, ¡actualmente vivimos en una edad de hielo! Esta edad de hielo comenzó hace aproximadamente 3 millones de años y alcanzó su punto máximo hace unos 20.000 años. Estamos viviendo un periodo interglaciar de temperaturas más cálidas dentro de la edad de hielo.
Una glaciación es un largo periodo en el que las temperaturas globales son relativamente frías y las capas de hielo continentales y los glaciares cubren grandes extensiones de la superficie.
Hace catorce mil años, las temperaturas empezaron a subir al iniciarse el nuevo periodo interglaciar. Muchos grandes mamíferos adaptados al frío (como el mamut lanudo, el rinoceronte lanudo y el caballo salvaje) se extinguieron.
Fig. 2: Hace varios miles de años, la mayor parte del Reino Unido estaba cubierta de hielo, unsplash.com.
La atmósfera terrestre se divide en cinco capas: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera, la termosfera y la exosfera. Las temperaturas en las distintas capas pueden variar drásticamente.
La mesosfera puede descender hasta -90ºC, mientras que la termosfera puede alcanzar los 2000ºC.
Recapitulando, la atmósfera primitiva de la Tierra estaba dominada por el dióxido de carbono y el vapor de agua procedente de los volcanes. Al enfriarse las temperaturas, el vapor de agua se condensó. Los océanos recién formados fueron el lugar de nacimiento de la vida. La fotosíntesis sustituyó el dióxido de carbono por oxígeno, lo que permitió la evolución de una gran variedad de plantas y animales.
Evolución de la atmósfera - Puntos clave
La primera atmósfera se formó a partir de gases emitidos por los volcanes: principalmente dióxido de carbono, algo de vapor de agua y trazas de nitrógeno, metano y amoníaco.
Hace 3.800 millones de años, la temperatura de la Tierra descendió y el vapor de agua atmosférico se condensó para formar los océanos. Los océanos absorbieron parte del dióxido de carbono.
Hace 2.700 millones de años, evolucionaron las algas y comenzó la fotosíntesis. El dióxido de carbono de la atmósfera se agotó y se produjo oxígeno.
Los altos niveles de oxígeno permitieron la evolución de la vida compleja.
La irreactividad del nitrógeno le permitió acumularse hasta convertirse en el gas dominante de la atmósfera actual.
Composición atmosférica actual: 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 0,9% de argón, 0,04% de dióxido de carbono.
Referencias
- Ian Sample, El cambio climático inducido por el hombre empezó antes de lo que se pensaba, The Guardian, 2016.
- John Grotzinger, Comprender la Tierra (Edición Internacional), 2019.
- Jon Shonk, Introducción a la meteorología: Una guía del tiempo, 2013.
- Michon Scott, ¿Cuál ha sido la temperatura más alta de la Tierra?, EarthSky, 2016.
- National Geographic Society, Atmósfera, 2022.
- National Geographic Society, Formación de la Tierra, 2022.
- Museo Nacional de Historia Natural, Historia de la vida en la Tierra, 2022.
- Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, ¿Por qué tenemos un océano?, 2021.
- Fundación Nacional de la Ciencia, Grandes extinciones de mamíferos en la Edad de Hielo: Humans and Climate the Culprits, 2011.
- Neil Campbell, Biología: Un Enfoque Global Undécima Edición, 2018.
- Regentes de la Universidad de Michigan, Evolución de la Atmósfera: Composición, Estructura y Energía, 2022.
- Revise Chemistry, AQA GCSE Química de la Atmósfera, 2020.
- Sandy Eldredge, Me alegro de que preguntes: Las edades de hielo: ¿qué son y qué las provoca?, Servicio Geológico de Utah, 2019.
- Centro Smithsoniano de Investigación Medioambiental, Atmósfera, 2002.
- Twinkl, AQA GCSE Química (Ciencias Combinadas) Unidad 9: Química de la Atmósfera, 2022.
- Universidad del País Vasco, Venus comparado con la Tierra, 2022.
- Fig. 1: Imagen de un volcán (https://unsplash.com/photos/g6tqHx0ME1o) de Jonatan Pie, de uso libre bajo la Licencia Unsplash (https://unsplash.com/license).
- Fig. 2: Imagen de una capa de hielo (https://unsplash.com/photos/skam8BzESHo) de Adventureontheside.com, de uso libre bajo la Licencia Unsplash (https://unsplash.com/license).
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