Yerküre ve Atmosferin Oluşumu Dr. Melik KARA
Evren Evren (Kainat), uzayda bulunan tüm madde ve enerji biçimlerini içeren bütünün adıdır. Pozitif bilimler açısından evren, gök cisimlerini barındıran uzay ve tamamen boş olan karanlık uzayın toplamıdır. Evren meydana gelmeden önce evrenin yerinde ne vardı?? Evren neyin içindedir? gibi sorulara henüz bilimsel bir cevap bulunamamıştır. Bugüne kadar evren öncesi durum ve evrendışı varoluş hakkında çeşitli hipotezler öne sürülmüştür. Evrenin oluşumuna dair günümüzde en çok kullanılan ve kabul gören teori, Bigbang (Büyük Patlama) teorisidir. Bu teoriye göre evren, küçük hacimli ve çok yüksek bir enerji potansiyeline sahip, sıkışmış bir noktanın patlamasıyla oluşmuştur.
Evrenin Oluşumu ve genişlemesi Büyük Patlama (Big Bang) Teorisi Evrenin yaklaşık 13,7 milyar yıl önce aşırı yoğun ve sıcak bir noktadan meydana geldiğini savunan evrenin evrimi kuramıdır. Aynı zamanda kabul gören kozmolojik bir modeldir. İlk kez 1920 lerde Rus kozmolog ve matematikçi Alexander Friedmann ve Belçikalı fizikçi Georges Lemaître tarafından ortaya atılan, evrenin bir başlangıcı olduğunu varsayan bu teori, çeşitli kanıtlarla desteklendiğinden bilim insanları arasında, özellikle fizikçiler arasında geniş ölçüde kabul görmüştür.
Büyük Patlama (Big Bang) Teorisi Teorinin temel fikri, halen genişlemeye devam eden evrenin geçmişteki belirli bir zamanda sıcak ve yoğun bir başlangıç durumundan itibaren genişlemiş olduğudur. Big Bang modelinin iskeleti temelde iki kabule dayanır: Albert Einstein'in genel görelilik kuramı kozmolojik prensip Genel görelilik kuramı tüm cisimlerin çekimsel etkileşimini hatasız olarak açıklarken, evrenin aşamalı evrimini genel görelilikle tanımlandığından, evreni bir fiziksel sistem gibi bütünlüğü içinde tanımlamayı mümkün kılan modern kozmolojinin de başlangıcı sayılır.
Büyük Patlama Teorisi Büyük Patlama sonucunda farklı yönlere dağılan gaz molekülleri uzun bir dönem boyunca birbirlerinden bağımsız hareket ettiler. Sürekli genişleyen evrenin her yerinde geçerli olan fizik kurallarından kütleçekimi kanunu vasıtasıyla bağımsız gazlar birleşerek galaksileri (gök adaları) oluşturdular. Işık yılı (ly), ışığın bir yılda boşlukta aldığı mesafedir. 1 ly = 9.460.730.472.580,800 km
Genel görelilik kuramı Enstein ın genel görelilik kuramı, ivmeli hareket ile kütleçekimi açıklamasını özel göreliliğe birleştiren, genelleyen kuramdır. Einstein'ın ünlü E = mc2 formülü, kütle ve enerjinin birbirine dönüşebileceğini söylemektedir. Örneğin, deneylerde iki yüksek enerjili fotonun çarpıştığında maddeye dönüşebildiğini görebiliyoruz. Böyle bir çarpışma sonucunda ortaya iki tür madde çıkıyor: madde ve karşımadde. Evrendeki maddenin de benzer şekilde, büyük patlamadaki enerjinin madde ve karşımaddeye dönüşmesiyle ortaya çıktığı düşünülmektedir.
Evrendeki temel kuvvetler Evren, dört temel kuvvet sayesinde işlemektedir. Bunlar; kütleçekimi, elektromanyetizma, zayıf çekirdek kuvveti ve güçlü çekirdek kuvveti olarak adlandırılıyor. Bu kuvvetler evrendeki her şeyin birbirleriyle etkileşim durumunda olmasını sağlamaktadır. Temel kuvvetlerin oluşumu kuantum fiziği alanına giriyor. Bu konudaki en geçerli kuram, kuvvetlerin birtakım parçacıklar yoluyla taşındığını öne sürüyor. Buna göre kütleçekim kuvveti, daha gözlenememiş olan graviton adlı parçacık tarafından iletiliyor. Öteki temel kuvvetleri ileten parçacıklarsa, parçacık hızlandırıcılarında yapılan deneylerde gözlenebiliyor. Zayıf çekirdek kuvveti bozonlarla iletiliyor. Protonları ve nötronları oluşturan temel parçacıklar olan kuarkları gluon adı verilen parçacıklar birbirine bağlıyor. Elektromanyetik kuvvetse foton adı verilen parçacıklar aracılığıyla iletiliyor.
Evrenin geleceği Einstein'ın genel görelilik kuramı, kütle çekim kuvvetinin uzayı büktüğünü öne sürer. Einstein'a göre, maddenin kütle çekim etkisi altında hareket etmesine uzayın eğriliği yol açar. Karmaşık gibi görünmekle birlikte eğri uzay kavramı evrenin kaderini belirleyen uzayın yapısını açıklamada kolaylık sağlar. Buna göre evrenin geometrisi, üç değişik biçimde yani kapalı, açık ya da düz olabilir. Eğer evren madde bakımından yeterince yoğunsa, genişlemesi bir gün duracak ve evren çökmeye başlayacak. Bu çökme evren yeniden bir tekilliğe ulaşana değin sürecek. Kapalı evren modeline göre, büyük patlama periyodik olarak olan bir şeydir. Genişlemesinin bir sınırı olduğundan, böyle bir evrenin hacmi her zaman sonludur. Açık evren modeli, evrendeki yoğunluğun kritik değerin altında olması durumunda, kütleçekiminin genişlemeyi hiçbir zaman durduramayacağını ve genişlemenin sonsuza kadar süreceğini söyler. Böyle bir evrende gökadalar yeni yıldızlar üretmek için gereken gaz stoklarını tüketir, yıldızlar da ömürlerini tamamladıklarında söner.
Galaksiler Galaksi evren içinde; gazlar, yıldızlar, tozlar ve gezegenler içeren en büyük madde topluluğudur. Galaksiler ilk başta yoğun birer gaz bulutu olarak ortaya çıkmışlar ve daha sonra bu gazdan, yoğunlaşma yoluyla yıldızlar meydana gelmiştir. Bizim Galaksimiz Samanyolu Galaksisi dir. Evrendeki sayısız galaksiden biri olan Samanyolu Galaksisi, en az 400 milyar yıldız (güneş gibi) topluluğundan oluşur. Bir uçtan diğer uca şimdilik 100,000 ışık yılı boyunca uzandığı tahmin edilmektedir. Işık yılı (ly), ışığın bir yılda boşlukta aldığı mesafedir. 1 ly = 9.460.730.472.580,800 km
Güneş Sistemi Güneş, onun çekim etkisi altında kalan sekiz gezegen ile onların bilinen 166 uydusu, beş cüce gezegen (Ceres, Plüton, Eris, Haumea, Makemake) ile onların bilinen altı uydusu, ve milyarlarca küçük gökcisminden oluşur. Küçük cisimler kategorisine asteroitler, kuyrukluyıldızlar, göktaşları ve gezegenler arası toz girer.
Güneş Dünyaya en yakın yıldızdır ve yaklaşık 150 milyon km uzaklıktadır. 700.000 km yarıçapı, 15 milyon Kelvin çekirdek sıcaklığına ve manyetik bir alana sahip olan bir gökcismidir. Çekirdek tepkimeleri sonucu serbest kalan enerji, yüzeye gelir ve buradan uzaya yayılır. Bu enerjinin sadece 2.2 milyarda biri yeryüzü tarafından soğurulur ve yaşam için gerekli koşulların oluşmasını sağlar. Güneşten, Gama ışınlarından radyo dalgalarına kadar her dalga boyunda enerji yayılır. Güneş, güneş sistemindeki maddenin % 99.85 ini içerir. Gezegenler % 0.135, uydular, asteroidler, kuyruklu yıldızlar, meteoritler ve gezegenler arası ortam ise % 0.015 ni oluşturur.
Güneş & Dünya Yeryüzü çapının yaklaşık 110 katı, Yer yüzey alanının 12.000 katı, Yer kütlesinin 333.000 katı, Yer hacminin ise 1.306.000 katıdır.
Bunları biliyormuydunuz? 700.000 km çapa göre çekirdekte oluşan ışığın hızı da göz önüne alındığında yüzeye yaklaşık 2 sn de gelmesi gerekirken, aşırı hidrojen yoğunluğuna bağlı olarak bu süre 10 milyon yıldır. Aslında biz güneşin 10 milyon yıl önce oluşturduğu ışığı görüyoruz. 15 milyon K iç sıcaklığa sahip olan güneş, yaydığı enerji göz önüne alındığında saniyede 4.7 milyon ton kütle kaybetmektedir. Diğer bir ifade ile güneş yılda kütlesinin 100 milyarda birini kaybetmektedir. Güneşin kütlesinde ve yaydığı enerjide sezilebilir bir değişme ancak 6 milyar yılda ortaya çıkabilir. Dünyanın 4.5 milyar yaşında olduğu düşünülürse, bu da demektir ki güneş, yeryüzü var olduğundan beri hemen hemen hiç değişmemiştir. Güneşin ısı enerjisini, bileşiminin %60 ı olan hidrojeni çekirdek füzyonu ile helyuma çevirerek elde eder. Bu sayede güneş çevresine 4x106 watt lık güç yayar.
Güneşin Yüzey Tabakaları Güneş yüzeyi farklı tabakalardan oluşmuştur. Bu tabakalara çekirdekten yüzeye doğru sırasıyla fotosfer, kromosfer ve korona isimleri verilmiştir. IŞIKKÜRE (fotosfer) : Güneşin parlak görünür yüzeyini 500 km kalınlığındaki fotosfer tabakası oluşturmaktadır. Bu tabakanın sıcaklığı 6000 K kadardır. RENKKÜRE (kromosfer) : Fotosfer tabakasının hemen üstünde 2500 km kalınlığındaki kromosfer tabakası yer almaktadır. Bu tabakanın sıcaklığı en üst kısımda 6000 K'ye kadar yükselebilir. GÜNEŞ TACI (korona) : Bu tabakadan hemen sonra genişliği gezegenlere kadar uzanan korona tabakası yer alır bu tabakanın ortalama sıcaklığı 10 6 K kadardır.
Gezegenler Güneş'in etrafında dolanan gökcisimlerine gezegen adı verilir. Uluslararası Gökbilim Birliği'nin (IAU), 1919 yılından bu yana kabul ettiği Güneş Sistemi'nin 8 gezegeni, Güneş'e yakınlık sıralarına göre şunlardır: Merkür, Venus, Dünya, Mars, Jupiter, Satürn, Uranüs, Neptün Güneş Sistemi'nde, resmi olarak kabul edilen sekiz gezegenden başka, bu cisimlerle boyut, yörünge ve fiziksel özellikler açısından aynı gruba konabilecek yeni gök cisimlerinin keşfedilmesi, bir yandan da başka yıldızların etrafında da Güneş Sistemi gezegenlerine benzer gök cisimlerinin dolandığı saptanmaya devam etmektedir. Örneğin Plüton gezegeni.
Gezegenler Güneş sistemindeki gezegenler İç (Karasal) ve Dış (Gaz Yapılı) gezegenler olmak üzere ikiye ayrılırlar; İç (Karasal) Gezegenler: Bu gezegenler; Merkür, Venüs, Dünya ve Mars dır. Karasal gezegenlerin kütleleri küçük, dönüş hızları yüksek ve ortalama yoğunlukları 5.5 gr/cm 3 dolayındadır. Dış (Gaz Yapılı) Gezegenler : Bu gezegenler; Jüpiter, Satürn, Uranüs, Neptün ve Pluton dur.
Gezegenlerin Karşılaştırılması
Dünya (Yerküre) Dünya, iç gezegenlerin içinde en büyük ve en yoğun olandır. Jeolojik etkinliğin devam ettiği ve üzerinde yaşam olduğu bilinen tek gezegendir. Levha hareketlerinin gözlemlendiği tek gezegendir. Dünya'nın atmosferi diğer gezegenlerin atmosferlerinden tamamen farklıdır, yaşamın olması nedeniyle 21% serbest oksijen içerecek şekilde değişmiştir. Güneş Sistemi içindeki yerbenzeri gezegenler arasında tek büyük doğal uyduya, Ay'a sahip olan gezegendir.
Dünyanın soğuması ve katmanlara ayrılması Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce Güneş Sistemi ndeki diğer gezegenlerle birlikte oluşan Dünya, 4 milyar yıl önce soğumaya başladı. Dünya nın oluşumuyla, kütle çekim etkisiyle yüzeyde biriken maddeler zamanla iç kısma doğru itildi. Birikmeyle oluşan basıncın da etkisiyle, iç kısımda sıcaklık yükselmeye başladı. Demir ve nikel gibi ağır elementler iç kısımlara doğru çökerken, daha hafif olan elementler üst kısımlara taşındı. Bu sırada iç kısımdaki sıcaklık, demir ve nikelin ergime noktasına kadar yükselirken üst taraflar zamanla soğumaya başladı. İç kısımda bulunan ergimiş haldeki hafif maddeler yukarılara doğru hareket edip, yukarıya yaklaştıkça soğuyup katılaştı. Bu süreç devam ettikçe hafif ve yoğunluğu düşük maddeler, ağır ve yüksek yoğunluklu maddelerden ayrılmaya başladı. Böylece, farklı bileşenlerden oluşan, farklı sıcaklıkta ve farklı yoğunlukta katmanlar oluşmaya başladı.
Kıtaların ve okyanusların oluşması Alt katmanlarda sıcaklığın etkisiyle eriyen ve magma adı verilen maddeler, yüzeye çıktıkça soğumaya ve katılaşmaya başladılar. Böylece yaklaşık 3,5 milyar yıl önce Yerküre nin en dış katmanı yanardağlarla kaplı bir hale geldi. Yerkabuğu bu yanardağlardan püskürerek yüzeyi kaplayan ve soğuyan ergimiş kayalardan oluştu. Bu yanardağlardan püsküren gazların soğumakta olan yüzeyle temas ederek yoğunlaşmaları sonucunda su damlacıklarının oluştuğu düşünülmektedir. Bu küçük su damlacıklarının alçak yüzeyli yerlerde zamanla birikmesiyle de okyanuslar ortaya çıktı.
Yerkürenin yapısı 6371 km lik yarıçapı olan Yerküre başlıca üç ana katmandan oluşuyor: Çekirdek, manto ve kabuk. 2.1 Çekirdek Yeryüzünden 6370-5100 km derinde bulunan çekirdek, bir bakıma Dünya nın merkezi sayılır. İç ve dış çekirdek olarak iki katmana ayrılan çekirdek, büyük oranda metalik demir, bir miktar da nikel ve diğer elementlerden oluşur. Sıcaklığın 6000 C civarında olduğu iç çekirdek, üst katmanların yarattığı basınç nedeniyle katı haldedir. İç çekirdeğin etrafındaysa, ergimiş haldeki demir ve nikelin oluşturduğu ve sıcaklığı 5000 C civarında olan sıvı dış çekirdek bulunur.
Yerkürenin yapısı 2.2 Manto Çekirdeğin üstünde yer alan ve büyük oranda demir, magnezyum ve kalsiyum içeren manto katmanı, sıcaklık ve basınç değişikliklerine göre kendi içinde farklı bölümlere ayrılır. En üst katmanında, kayalar kısmen ergimiş haldedir ve kolayca eğilip bükülebilir plastik bir yapıdadır. 2.3 Kabuk En dışta bulunan katmanın adıysa yerkabuğudur. Yerkabuğuyla mantonun en üst kısmı birlikte litosfer de denen taşküreyi oluştururlar. Yerkabuğunun kalınlığı da, okyanus kabuğu ya da kıta kabuğu oluşuna göre değişir. Okyanusal kabuğun kalınlığı ortalama 5-8 km, kıtasal kabuğunkiyse 25-70 km arasında değişir. /
Atmosfer nedir? Atmosfer veya gazyuvarı, herhangi bir gökcisminin etrafını saran ve gaz ile buhardan oluşan tabaka olarak açıklanabilir. Atmosfer renksiz, kokusuz, tatsız, çok hızlı hareket edebilen, akışkan, elastik, sıkıştırılabilir, sonsuz genleşmeye sahip ısı geçirgenliği zayıf ve titreşimleri belli bir hızda ileten bir yapıya sahiptir. "Homojen atmosfer" olarak isimlendirilen ve yoğunluğun hemen hemen aynı olduğu alt bölümün yüksekliği 8 km civarındadır. Bu seviyeden sonra yoğunluk yükseklikle azalır ve seyrek gaz kütleleri şekline dönüşerek uzay boşluğuna kadar uzanır ki bu bölge de "heterojen atmosfer" olarak isimlendirilir. Dünya'nın atmosferi, basınç ve yoğunluk açısından diğer gezegenlerden çok farklı olduğu gibi, Güneş sistemi içerisinde eşsizdir.
Yerkürenin atmosferinde neler oldu da diğer gezegenlerden farklı olan bugünkü atmosfer oluştu ve bizler bu sayede yaşam bulabildik? Dünya atmosferinin bileşiminde jeolojik çağlar boyunca görülen köklü değişiklikler ancak 20. yüzyılda modern fizik, fizikokimya, biyoloji ve genetik bilimlerinde görülen ciddi gelişmeler sayesinde anlaşılabilmiştir. Bu bilgi ve verilere dayanarak pek çok teori geliştirilse de, bunların hepsindeki ortak olan husus, yerkürenin ilk ortaya çıktığında bir ateş topu gibi olduğu ve bir atmosferi bulunmadığıdır. Zamanla soğuyarak katılaşırken güneşin nükleer reaksiyonlarından artakalan hafif gazlar olan hidrojen ve helyumu kaybetmiştir. Bu yüzden halen mevcut atmosferimizdeki ilk bileşenlerin kökeninin soğuma esnasında dünyanın kendisinden ileri gelen gazlar olduğu, bu nedenle atmosferin güneş sistemi kökenli değil kendisinden ileri gelen ikincil bir atmosferi olduğu bilinmektedir.
Atmosferin geçirmiş olduğu evreler nelerdir? Astronomik Atmosfer Dünyamızın bundan 4.6 milyar yıl önceki ilk atmosferi evrende en bol bulunan hidrojen (H) ve helyumdan (He) oluşuyordu. Ayrıca bu elementlerin yanında metan (CH 4 ) ve amonyak (NH 3 ) gibi hidrojen bileşikleri de ilk atmosferin bileşiminde yer almaktaydı. Bugün pek çok bilim adamı ilk atmosferin dünyanın çok sıcak olan yüzeyinden uzaya kaçtığını tahmin etmektedir.
Jeolojik Atmosfer Yerküredeki kayaçlar ve deniz oluşumları, dünya soğuduğundan beri bir daha hiç bir ciddi ısınma geçirmemiştir. Bu nedenle yerküre tıpkı ilk günlerdeki gibi kimyasal olarak birtakım gazları bağlayarak oluşmuş bileşik halindeki oksitlerden ibarettir. Bu oksitler doğal volkanik faaliyetler sayesinde dünyanın ikincil atmosferini beslemişlerdir. Dünyanın ikinci ve daha yoğun atmosferi dünyanın iç kısımlarındaki erimiş kayalardan volkanik aktiviteler yoluyla yüzeye çıkan gazlar tarafından oluşturulmuştur. Volkanların o zamanlarda çıkardığı gazların bileşimi ile bugünkü bileşiminin aynı olduğu varsayılmaktadır. Bu gazlar %80 su buharı (H 2 O), %10 karbondioksit (CO 2 ) ve yüzde bir kaç azottur (N).
Volkanik faaliyetlerin çok yoğun olduğu jeolojik dönemlerde çok miktarda sıvı madde yüzeye salınmış, bunlar donarak bir yandan karaları teşkil etmiş, bir yandan su buharı, CO 2, N 2, SO 2, H 2, Cl 2 gibi gazların çıkmasına neden olmuştur. Görüldüğü gibi bunlar arasında serbest halde oksijen bulunmamaktadır. Bu olayların en yoğun yaşandığı dönem 3 milyar yıl öncesidir. Volkanizma faaliyeti ile oksijenin verilememesi ilkel atmosferde oksijene yer olmadığını dolayısıyla bu atmosferin indirgen bir atmosfer olması gerektiğini kanıtlamaktadır.
Aradan geçen milyonlarca yıl içerisinde, dünyanın sıcak iç kısmından dışarıya doğru fışkıran gazlar, bulut oluşumuna izin verecek kadar zengin bir su buharı içeriğinin oluşmasını sağladı. Binlerce yıl yeryüzüne düşen yağmurlar akarsuları, gölleri ve okyanusları oluşturdu. Bu periyot boyunca önemli miktarda CO 2 okyanuslarda çözündü. CO 2 nin diğer önemli bir kısmı da karbonatlı tortul kayaçlar (kireçtaşı, CaCO 3 ) içerisine hapsedildi. Su buharının önemli bir kısmının yoğunlaşması ve CO 2 nin azalması sonucu atmosfer azot bakımından daha zengin bir hale geldi. Sayısal modeller ikinci atmosferin başlangıçtaki ortalama sıcaklığının 85-110 o C arasında bir sıcaklıkta olduğunu göstermektedir.
Biyolojik Atmosfer Günümüz atmosferinde azottan sonra en bol bulunan oksijenin (O 2 ) bugünkü düzeyine ulaşması oldukça yavaş gelişen bir sürecin sonunda gerçekleşmiştir. Bu süreçte su buharı güneşten gelen yüksek enerjili ışınlar tarafından hidrojen ve oksijene ayrılmıştır (fotodissosiyasyon). Bunlardan oksijen dünya atmosferinde kalırken, daha hafif bir gaz olan hidrojen uzaya kaçmıştır ( H nin günümüz atmosferindeki hacimsel oranı % 0.0006 kadardır). Bundan 2-3 milyar yıl önce, mevcut O 2 oldukça düşük bir düzeyde olmasına karşın, bazı ilkel bitkilerin gelişimi için yeterli olmuş olmalıdır. Belki de ilk bitkiler tamamen oksijensiz (anaerobik) bir ortamda gelişmişlerdir.
Yer katmanlarını oluşturmuş kayaçlarda bulunan oksitler büyük bir oksijen varlığına işaret etse de, havada serbest moleküler oksijen bulunmamaktaydı. Günümüzden 3.5 milyar yıl önce gerçekleşen çeşitli olaylar sonunda ortaya çıkan ilk başkalaşımlar, güneşe olan mesafenin etkisi altında dünya atmosferinde suyun buhar formunun sıvı hale geçmesi ile sonlandı; şiddetli yağmurlardan denizler ortaya çıktı ve ilk yaşam biçimleri denizlerde görüldü. Biyolojik formların belli miktarlardaki stoklara ulaşması ve bunlardan karbona dayalı metabolizmalara sahip bulunanların etkisi ile atmosferin CO 2 ve oksijen yüzdeleri sabitlendi. Su buharı moleküllerinin yavaş yavaş UV ışınları ile ayrışması ile oksijen çok uzun bir süre içinde arttı: 2H 2 O + UV ışıması ------ 2 H 2 + O 2
Su buharı soğuyan alt atmosferde yoğuşarak su damlacıklarına dönüşmeye ve bu sayede daha yükselmeden yağmur olarak yere düşmeye başladı. Oksijen ise suyun fotoayrışması ile ortaya çıktığı için UV ışınlarının bol olduğu yüksekliklerde su buharı eksikliği nedeniyle fazlaca ortaya çıkamamaya başladı. Böylece yüzeye yakın alt atmosferde zenginleşti. Bugün bile üst katmanda su buharı ve CO 2 az olduğu için oksijen üretim reaksiyonları görülmez.
İlkel atmosferde atomik halde yani son derece aktifleşmiş bulunan zayıf oksijen varlığı, hem yere yakın yerlerde ozon oluşmasını hemde atmosferin son derece korozif olmasını sağlamıştır. Volkanlardan yeni püskürtülmüş bulunan tüm metaller yüzeyde metal oksit haline geçmiş ve böylelikle oksijen atmosferde oluştukça yüzeydeki metalleri oksitlemeye harcanmış, atmosferde uzun süre net bir birikim gösterememiştir. Bu sıralarda oksijenin atmosferdeki konsantrasyonu binde birden bile azdı.
Oksijenin ilk oluşumları anlatılan fotokimyasal reaksiyonlara göre olmuş olsa bile, sadece bu reaksiyonlar sayesinde atmosferin bugünkü oksijen oranına ulaşması mümkün olamaz. Bu noktada asıl kaynak, canlı biyolojik stokların özümleme yeteneğidir. Klorifilli canlılar anorganik CO 2 kullanarak organik madde (nişasta) sentezlerken, dışarıya oksijen vermektedir. Ancak bu klorofilli bitki stoklarının gelişebilmesi de ilkel atmosfer yapısında pek kolay olmamıştır. Nitekim dünya üzerinde ilk yaşam izleri denizin derinliklerinde bulunmuştur. Çünkü ancak bu derinliklerde yere ulaşan bol miktardaki öldürücü UV ışınları etkisini yitirebilir.
Araştırmalar 500 milyon yıl önce yerkabuğunda yaşanan büyük değişikliklerin ters sera etkisi yaratarak okyanusları soğuttuğunu, bunun sonuncunda dev plankton oluşumları yaşandığı ve ardından da atmosfere oksijen saldığını ortaya koydular. Araştırma, Paleozoik dönemde oluşan oksijenin neden birden atmosferden çekilip sonra daha yüksek oranlarda geri geldiğine ilişkin de önemli bilgiler sağlıyor. Böyle büyük ölçekte yok oluşların ardından daha yüksek oranda oluşan oksijenin yeni yaşam formlarının oluşmasını tetiklediği düşünülüyor.
İlkel atmosferden sonra günümüzün oksijence zengin atmosferine geçiş, biyolojik kökenli fotosentez reaksiyonları sayesinde başgösterdi. Bazı araştırmacılar bugünkü oksijen seviyesine ulaşmak üzere 2000 yıl süren bir hızlı fotosentez döneminin yaşandığını hesaplamaktadır. Benzer hesaplara göre okyanuslardaki tüm suyun ise 2.10 6 yılda birikmiş olduğu tahmin edilmektedir. Bu süreler milyarlarca yıl süren jeolojik çağlar yanında son derece kısadır.
Fotosentezin ani artışı denizlerde 10 m derinliğin altında gelişen canlılar sayesinde olmuştur. Bu derinliklerde öldürücü radyasyon oldukça zayıftır, buna karşılık fotosentez için ihtiyaç duyulan uygun dalga boylu gün ışıması mevcuttur. Karasal organizmalarda görülen fotosentez artışı içinse, yer seviyesinde öldürücü dalga boylarındaki güneş radrasyonunun azalması için su buharının miktarında artış ve yerden 15-20 km yükseklerde ortaya çıkan ozonca zengin bir katmanın varlığını beklemek gerekmiştir.
Oksijenden başka daha bir çok gaz bileşen de biyolojik faaliyetler sonucunda ortaya çıkmaktadır. Topraktaki ve denizlerdeki pek çok canlı türü atmosferden bazı gazları almakta, diğer bazılarını atmosfere ulaştırmaktadır. Örneğin toprakta yaşayan bazı mikroorganizmalar metabolik faaliyetleri sonunda asal bir gaz olan azottan; diazot monoksit (N 2 0) molekülünü oluşturarak havaya salarlar. Bu gaz, düşey taşınımlarla yukarı çıktığında UV ışını ile bir miktar ozon oluşturur.
Havanın Doğal Bileşenleri Havanın doğal bileşiminin oluşmasında önem taşıyan başlıca üç grup kaynak vardır: Biyolojik mekanizmalar Jeokimyasal süreçler Atmosferdeki reaksiyonlar
Biyolojik kökenli bileşenler: Yaşam evrelerini içeren karbon, su, kükürt, azot gibi madde döngüleri atmosferin bileşimini belirlemede önemli roller üstlenmiştir. Fotosentez (özümleme) fotokimyasal reaksiyonu yaşamın temelidir. Bu reaksiyonda havadaki anorganik karbon dioksit, su ile birleşerek ve bu sırada belli dalga boyunda gün ışığından enerji sağlayarak organik madde yapımını sağlar. Bu esnada bir molekül oksijen havaya atılır.
Biyolojik kökenli bileşenler: Organik karbon bileşiğini «formaldehit» CH 2 O şeklindeki yapıtaşlarından oluşmuş kabul edersek, CO 2 + H 2 O + hv CH 2 O + O 2 Bu reaksiyon tüm canlılarda organik karbonun oksidasyonuna dayalı solunum reaksiyonunun tam aksidir. Diğer bir deyişle sağdaki ürünler canlı organizmaların bünyesinde reaksiyona girdiklerinde soldakileri meydana getirir, bu sırada açığa çıkan enerji de organizmayı canlı tutar. CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O + enerji
Biyolojik kökenli bileşenler: Metan ve hidrojen sülfür gazları ölü organik maddenin çürümesi esnasında ortaya çıkan çok yaygın uçucu organik ve inorganik maddelerdir. Metan, bataklıklarda, pirinç tarlalarında, çöp deponi alanlarında, büyükbaş hayvanların sindirim sistemlerinde, kömür madenlerinde, vb. yerlerde oluşur. Bitkilerde büyüme hormonu olarak görev alan etilen gazı da doğal olarak havaya karışır. Bunun yanında çok çeşitli hidrokarbon türleri de doğal olarak bitkiler tarafından üretilerek havaya atılır.
Jeokimyasal oluşumlar Havada bulunan gazların tür ve miktarlarını belirlemede en önemli jeokimyasal kaynak geçmişte jeolojik çağlarda olduğu gibi günümüzde de volkanlardan atılan gaz ve buharlardır. Kükürtlü gazların en önemli kaynağı günümüzde bile volkanlardır. Öyle ki aktif püskürme döneminde Etna yanardağından bir yılda havaya atılan kükürt dioksit bütün Avrupa daki kirletici endüstri bacalarından bir yılda topluca havaya atılandan daha fazladır.
Jeokimyasal oluşumlar Kayaçlardan az miktarda da olsa gazı çıkışı olmaktadır. Bunlar daha çok jeolojik çağlar boyunca yeraltında birikmiş olan radyoaktif bozunma ürünleri helyum, radon, argon gibi gazlardır. Jeokimyasal reaksiyonlara bağlı metalik maddelerin yarattığı bileşenler ise daha çok partikül formundadır.
Atmosfer reaksiyonları Atmosferdeki reaksiyonlar ortam sıcaklığında ve basıncında ortaya çıkan ve dolayısıyla pek hızlı olmayan türdendir. Eğer bu reaksiyonların başlangıç enerjisi ihtiyaçları varsa bu da yıldırım, şimşek gibi elektriksel deşarjlarla veya fotokimyasal olarak karşılanmaktadır.