Composició de l'atmosfera

ORIGEN I EVOLUCIÓ DE L'ATMOSFERA

L’atmosfera primitiva estava formada per compostos reduïts com el metà (CH4), l’amoníac NH3) y l’aigua (H2O). Aquestes substàncies van reaccionar sota l’acció potent de la radiació ultraviolada (veure "radiació i organismes: els estromatòtils") que procedent del Sol arribava a la Terra abans que es formés la capa d’ozó. Per exemple, l’aigua es dissociava per a formar oxigen i hidrogen.

Però mentre l’hidrogen, el més lleuger de tots els gasos, escapava de l’atmosfera, l’oxigen era atrapat per la gravetat terrestre. Al començament, però, hom creu que tot l’oxigen es va consumir (veure document "iron beds i oxigen"), oxidant els materials terrestres, incloent els de la mateixa atmosfera. Per aquesta raó, la majoria dels elements químics de l’escorça terrestre els trobem en forma d’òxids i radicals àcids.

Aquesta atmosfera primigènia, reductora i molt reactiva, va evolucionar cap a una atmosfera secundària rica en nitrogen i oxigen, estable i oxidant per tant. Però, junt a les reaccions fotoquímiques, els canvis en la composició de l’atmosfera van estar influenciats per diversos factors:

• Captura de gasos procedents de l’impacte dels cometes. Alguns autors afirmen que l’aigua dels oceans també hauria tingut aquest origen.

• Adició de components volàtils procedents de l’interior de la Terra (volcans, fonts hidrotermals submarines).

• Modificació de las composició de l’aire per l’activitat biològica i per l’activitat química de la pròpia atmosfera, els oceans, i la superfície terrestre.

Sobre la procedència de l’oxigen atmosfèric hi ha diverses teories:

• A partir de l’aigua, per dissociació fotoquímica. En aquest cas es requereix l’escapament de l’hidrogen format cap a l’exosfera, perquè altrament es tornaria a formar aigua.

• Desgasificació de les capes interiors del planeta. Però el fet que la major part de les roques tinguin com a component fonamental els òxids i els silicats demostraria que l’oxigen perdut en les primeres fases de la diferenciació de les capes de la Terra hauria reaccionat amb els altres elements, enlloc d’alliberar-se.

• Fotòlisi biogènica (a càrrec de plantes, algues i cianobacteris). Es el sistema actual de producció i renovació d’oxigen atmosfèric. L'aigua és escindida per la llum en presència de pigments (fase lluminosa de la fotosíntesi), lliurant hidrogen i oxigen.

En aquest darrer cas l’hidrogen és utilitzat en la reducció de la matèria orgànica en la fase fosca de la fotosíntesi,  mentre l’oxigen resta lliure. Però en condicions primitives no seria possible la persistència d’una atmosfera amb oxigen si hi són presents compostos reduïts com el metà o l’amoni.

Aquesta teoria pren força si pensem que, d’ençà els éssers vius es van diversificar i van colonitzar les aigües poc profundes i els continents, la composició de l’atmosfera ha variat molt poc (veure cronologia de la formació de l'atmosfera). Atmosfera i biosfera (el conjunt dels organismes) són dos sistemes en interrelació permanent.

La hipòtesi Gaia, que considera la totalitat del planeta com un superorganisme autoregulat, està basada principalment en la improbabilitat de la composició atmosfèrica actual (un ambient oxidant és químicament inestable i efímer). Només alguna mena de metabolisme planetari, en el qual la biosfera representaria el paper principal, podria mantenir una atmosfera així, lluny de l’equilibri químic. L’allunyament de l’equilibri, en contra de la segona llei de la termodinàmica, és el que caracteritza el fenomen de la vida.

Sigui com sigui, l’acoblament entre el manteniment de la composició de l’atmosfera actual i el funcionament de la biosfera és un dels fets més ben establerts per la ciència.  Les formes de vida actuals, incloent la civilització humana, expliquen la composició de l’atmosfera, i aquesta explica les formes de vida.

Si ara la Terra tornés a les seves condicions primitives, els ressorts reguladors de la biosfera no serien ja eficaços, i a nosaltres ens caldria un equip d’astronauta per a poder romandre tant sols uns minuts sobre el nostre planeta.

COMPOSICIÓ ACTUAL DE L'ATMOSFERA

Un 78% del volum de l’atmosfera actual està constituït per molècules de nitrogen, un gas de baixa reactivitat i, per tant, estable. Un 21% és oxigen, proporció a la qual estan adaptats els organismes aeròbics. Una mica més d’oxigen provocaria la combustió espontània de la matèria viva, una mica menys produiria un descens en la pressió amb la qual aquest gas arriba a la sang i a les cèl·lules, impedint  la funció respiratòria.

El volum restant, tot just un 1%, està format per desenes de gasos: substàncies inerts com l’Argó, l’Heli i el Xenó, o reactius en proporcions molt reduïdes, entre els quals cal destacar el diòxid de carboni - un 0.036 % en volum, o sigui, 360 parts per milió.

ELS PRINCIPALS GASOS ATMOSFÈRICS