La atmósfera primitiva

    Las sustancias presentes en la atmósfera primitiva fueron reaccionando entre sí para hacer compuestos más complejos y alcanzar un equilibro entre la concentración de dos elementos químicos y su reacciones químicas:

Reducciones > K

O2 + 2H2 = 2H2O > 4 x 10⁴¹
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O > 7 x 10²¹
C + 2H2 = CH4 > 80 x 10⁸
N2 +3H2 = 2NH3 > 7 x 10⁵

    Estas reacciones químicas requieren una temperatura de la atmósfera de 25 ºC.

    A medida que iba desapareciendo el hidrógeno de la atmósfera los compuestos presentes más abundantes pasaron a ser los de la izquierda de la tabla (para poder restablecer el equilibro, es decir CO2 y N2 mientras que el H2O es muy estable y se mantiene. No obstante, la radiación ultravioleta descompondría parte del H2O formando en las capas altas de la atmósfera H2 y O2. Así pues la segunda atmósfera contendría H2O (vapor de agua), CH4 (metano) y NH3 (amoniaco). Esta segunda atmósfera no tardó en tener nitrógeno, ya que el amoniaco es muy soluble en agua y en forma de NH⁺4 se absorbe en arcillas y otros minerales. Así pues, sus concentraciones debieron de ser bajas. Es muy posible que apareciera CO2 y H2S (ácido sulfhídrico) procedente de los volcanes. Estas sustancias son propicias para la biogénesis.

    Tras la pérdida total del hidrógeno libre aparece la tercera atmósfera, rica en CO2 y N2 debido a que se mantendría el equilibro de las reacciones químicas y estos compuestos son más abundantes en la izquierda de la tabla. Esta atmósfera permitiría la formación de compuestos complejos de carbono en condiciones abióticas. La transformación habría tenido lugar hace unos 3.000 millones de años y su en aparición habrían tenido un protagonismo notable los seres vivos. Este tipo de atmósferas se encuentran en Venus y Marte. En la Tierra la mayor parte del CO2 se encuentra atrapado en las rocas calizas (CaCO3). Tan sólo una milésima parte del CO2 (0,03%) se encuentra libre en la atmósfera. Es en presencia del agua como el CO2 se combina con el calcio para formar piedra caliza.

    La cuarta atmósfera es la actual. Tiene como novedad la presencia abundante de oxígeno (21%). El oxígeno es producto de la fotosíntesis, que a partir del H2O libera O2 e incorpora el hidrógeno a su estructura, junto con el CO2. La transición fue lenta. Hace unos 1.800 y 1.400 millones de años habría tan sólo un 0,21% de oxígeno. Incluso en el Ordovícico, hace unos 400 millones de años, cuando ya existían la mayor parte de las familias animales tan sólo había un 2,1% de oxígeno en la atmósfera.

    Existen pruebas geológicas que avalan la existencia de una atmósfera primitiva pobre en oxígeno, como la existencia de uraninita, ilmenita y pirita, así como otros sulfuros metálicos y sedimentos ferruginosos que son inestables en presencia de oxígeno y cuya estratigrafía indica que en aquel tiempo estuvieron en contacto con la atmósfera. Los estratos más jóvenes en los que se encuentra estos compuestos datan de hace 1.800 millones de años, por lo tanto hasta esa época la proporción de oxígeno en la atmósfera debió de ser menor del 1%. Pero es en esa misma época cuando aparecen los sedientos con hematites (Fe2O3) cuya presencia exige una atmósfera con más de un 1% de oxígeno. Muy posiblemente en esta época la concentración de oxígeno variase con la localización geográfica, asociada a la abundancia de colonias de microorganismos fotosintetizadores. Así pues se alternaría una atmósfera reductora y otra oxidante. Sólo después de haber consumido el Fe⁺⁺ del agua del mar, después de haberse combinado con el oxígeno, este empezó a liberarse en la atmósfera. No fue hasta que la proporción de oxígeno fue notable cuando comenzaron a aparecer organismos que respiraban oxígeno. En esta época también apareció el ozono (O3) en altura, lo que redujo el porcentaje de luz ultravioleta que llegaba a la superficie de la Tierra y se pudo colonizar. El ozono aparece por la acción de la luz ultravioleta sobre el oxígeno libre, así que no pudo aparecer hasta que no hubo oxígeno suficiente.

    Un factor importante para la formación de la vida es la temperatura de la corteza terrestre. En este modelo debe de ser fría, así que se supone que es enfrío por radiación muy rápidamente, o bien supone que si los primeros estadios de agregación se pudieren hacer en caliente los últimos se debieron de hacer en frío. Después de la formación de la corteza terrestre la temperatura dependía de la radiación solar, y del efecto invernadero. En el efecto invernadero tendría mucha importancia el vapor de agua, el amoniaco, el metano y el CO2. Cálculos teóricos indican que la temperatura del aire hace unos 4.000 millones de años era de 130 ºC y hace 2.500 millones de años sería más o menos la actual. Sin embargo, estos cálculos implican que en la atmósfera habría altos porcentajes de hidrógeno, cosa improbable. Si en lugar de un alto contenido de hidrógeno hubiera un bajo contenido de amoniaco, cosa mucho más probable debido al equilibrio de las reacciones químicas los cálculos arrojan temperaturas de la atmósfera muy similares a las actuales desde hace 4.000 millones de años. No obstante, resultados experimentales sobre las relaciones de isótopos de 18O/16O y 2D/1H parecen indicar que hace unos 1.800 millones de años la temperatura de la atmósfera era de unos 20 ó 30 ºC, hace unos 2.000 millones de años en torno a los 38 ºC y hace 3.000 millones de años estaba entre 65 y 70 ºC, aunque estos isótopos pueden haber sufrido modificaciones.