วิวัฒนาการบรยากาศของโลก

สาระน่ารู้การศึกษาวิทยาศาสตร์

วิวัฒนาการบรรยากาศของโลก



 

ย้อนไป เมื่อ 4,600 ล้านปีที่แล้ว กลุ่มแก๊สและฝุ่นซึ่งมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สฮีเลียม ได้รวมตัวกันเกิดเป็นดวงอาทิตย์  เศษที่เหลือได้รวมตัวกันเป็น ดาวเคราะห์ซึ่งรวมถึงโลกและวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ แก๊สไฮโดรเจนและแก๊สฮีเลียมที่เหลือซึ่งไม่ได้ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นและสาร ระเหยง่ายเช่น แอมโมเนีย มีเทน และน้ำ ได้ถูกดาวเคราะห์ดวงใหญ่ดึงเอาไว้ ดาวเคราะห์ขนาดเล็ก เช่นโลก ดึงแก๊สไฮโดรเจน และฮีเลียมไว้ได้เพียงเล็กน้อย  ด้วยเหตุนี้บรรยากาศของโลกเราในช่วงนั้นจึงประกอบไปด้วย แก๊สไฮโดรเจน และแก๊สฮีเลียมปริมาณเบาบางเป็นองค์ประกอบหลัก และมีแก๊สอื่นๆที่เป็นสารประกอบของไฮโดรเจน เช่น มีเทน และแอมโมเนีย อย่างไรก็ตามเป็นที่ทราบกันดีว่า ในปัจจุบันบรรยากาศของโลกเรานั้น มีองค์ประกอบหลักเป็นแก๊สไนโตรเจนถึง 78% และออกซิเจนถึง 21% โดยประมาณ ส่วนแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมนั้นพบน้อยมาก เพราะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ในช่วงเวลา 4,600 ล้านปีที่ผ่านมาเกิดเหตุการณ์อะไรขึ้น บรรยากาศของโลกมีวิวัฒนาการอย่างไร จึงทำให้สัดส่วนของแก๊สในบรรยากาศของโลกมีการเปลี่ยนแปลงเป็นดังเช่นใน ปัจจุบัน

การ เปลี่ยนแปลงสัดส่วนของแก๊สในบรรยากาศจากอดีตเมื่อเริ่มเกิดโลก วิวัฒนาการยาวนานมาจนถึงปัจจุบัน เกิดเนื่องมาจากกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลก และส่งผลต่อสภาพแวดล้อมของโลกในอดีต ต่อเนื่องมาจนปัจจุบันหากโลกของเราปกคลุมไปด้วยแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียม สิ่งมีชีวิตต่างๆย่อมไม่สามารถเกิดขึ้นมาได้ เพราะสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องใช้แก๊สออกซิเจนในการดำรงชีวิต รวมไปถึงสภาพแวดล้อมต่างๆบนโลกย่อมไม่เอื้อต่อการดำรงชีวิตอย่างเช่น ดาวเคราะห์อื่นๆ ในระบบสุริยะของเรา

หากย้อนไปในช่วงที่โลกเริ่มเกิด ขึ้นมาใหม่ๆ บรรยากาศของโลก ประกอบไปด้วยแก๊สไฮโดรเจน ฮีเลียม และมีเทน แอมโมเนีย ซึ่งถือเป็นองค์ประกอบของบรรยากาศโลกในช่วงแรก  เวลานั้นภายในโลกยังไม่มีการแบ่งเป็นชั้นๆเหมือนในเวลานี้ นั่นหมายความว่าไม่มีเปลือกโลกชั้นใน ชั้นนอก และแก่นโลก รวมถึงยังไม่มีสนามแม่เหล็กโลกที่ช่วงป้องกันรังสีต่างๆ จากดวงอาทิตย์ แก๊สไฮโดรเจน และฮีเลียม สามารถหลุดลอยออกไปจากโลกได้โดยง่าย เนื่องจากโลกไม่มีแรงดึงดูดมากพอที่จะดึงดูดแก็สที่มีมวลโมเลกุลต่ำเหล่านี้ ไว้ได้ และรังสีจากดวงอาทิตย์เป็นตัวการส่งพลังงานมากมายมายังโลก ทำให้แก๊สอื่นๆ ที่เหลือหลุดลอยไปในอวกาศ และหากสภาพของโลกในยุคดังกล่าวทำให้แก๊สต่างๆ หลุดลอยไปแล้วแก๊สที่มีอยู่ในบรรยากาศปัจจุบันมาจากที่ไหนกัน  เมื่อสิ่งมีชีวิตมีวิวัฒนาการ บรรยากาศของโลกก็เช่นเดียวกัน ย่อมมีวิวัฒนาการและผ่านการเปลี่ยนแปลงมาหลายขั้นตอนก่อนที่จะมีองค์ประกอบ เช่นยุคปัจจุบัน  โดยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวย่อมมีความสัมพันธ์และควบคู่มากับกระบวนการ เปลี่ยนแปลงต่างๆภายในโลก

 

  เมื่อ4,400 ล้านปีเกิดภูเขาไฟอยู่ทั่วไปบนเปลือกโลก เมื่อภูเขาไฟเหล่านั้นมีการพ่นลาวาออกมา จะมีไอน้ำ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ แก๊สแอมโมเนีย แก๊สมีเทน และแก๊สไนโตรเจน ออกมาด้วย ซึ่งถือเป็น องค์ประกอบของบรรยากาศโลกใน  ช่วงที่สองจากการคำนวณบรรยากาศของโลกในช่วงนี้ พบว่ามีปริมาณมากกว่าในปัจจุบันถึง 100 เท่าเลยทีเดียว และการที่บรรยากาศในช่วงนี้มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนมาก จึงเป็นสาเหตุให้โลกเกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิของโลกไม่เย็นจนเกินไป

 

ต่อมาไอน้ำในบรรยากาศเกิดการควบแน่นกลายเป็นของเหลว ซึ่งช่วงนี้เองที่ทำให้เกิดการพัฒนากลายเป็นมหาสมุทร แก๊สต่างๆ ที่อยู่ในบรรยากาศที่ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่ายจะถูกละลายมา สะสมอยู่ในมหาสมุทรในรูปแบบต่างๆ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ถูกสะสมในมหาสมุทรในรูปสารคาร์บอเนตเป็นหินปูนเป็นต้น  นอกจากนั้นพลังงานแสงจะทำให้โมเลกุลของแอมโมเนียปลดปล่อยแก๊สไฮโดรเจนและ แก๊สไนโตรเจนออกมาสู่บรรยากาศ  เนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนมีมวลน้อยประกอบกับได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์จึงทำ ให้แก๊สไฮโดรเจนหลุดลอยจากแรงดึงดูดของโลก ส่วนแก๊สไนโตรเจนซึ่งเป็นแก๊สที่มีมวลโมเลกุลสูงกว่าและไม่ว่องไวในการทำปฏิกิริยากับสารอื่นจึงสะสมตัวอยู่ในบรรยากาศ และสะสมตัวมากขึ้นเรื่อยๆ จนเป็นองค์ประกอบหลักของบรรยากาศโลกดังเช่นในปัจจุบัน อย่างไรก็ตามการระเบิดของภูเขาไฟไม่มีการปลดปล่อยแก๊สออกซิเจนสู่บรรยากาศแล้ว ถ้าอย่างนั้นแก๊สออกซิเจนที่เป็นองค์ประกอบหลักอันดับที่สองของบรรยากาศในปัจจุบัน มาจากไหนกันนะ  

 

เมื่อช่วง ปี 1980 นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ พบว่าดาวที่เกิดใหม่เหล่านั้นได้ปลดปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตออกมามากกว่าที่ ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยมากมายหลายเท่านัก ซึ่งเมื่อย้อนไปในครั้งที่ดวงอาทิตย์เกิดใหม่นั้น ถ้าดวงอาทิตย์มีการปลดปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตในระดับสูงเช่นดาวเกิดใหม่ เหล่านั้นจะสามารถทำให้โมเลกุลของ น้ำแตกตัวเป็นออกซิเจน และแก๊สไอโดรเจนได้ ซึ่งแก๊สไอโดรเจนที่มีมวลโมเลกุลเบากว่าจะกระจายตัวออกไปในอวกาศหลงเหลือไว้ แต่เพียงแก็สออกซิเจน  โดยออกซิเจนที่เกิดขึ้นนี้รวมตัวกันเกิดเป็น แก๊สออกซิเจน และ โอโซนขึ้น โดยจะทำให้เกิดโมเลกุลของออกซิเจน ประมาณ 1-2 % ของระดับปัจจุบัน และโอโซนที่เกิดขึ้นจะเป็นปริมาณที่มากพอที่จะป้องกันรังสี อัลตราไวโอเล็ต ไม่ให้ผ่านเข้ามาสู่ผิวโลก  และด้วยปัจจัยต่างๆเหล่านี้ทำให้โลกอยู่ในสภาวะที่เหมาะสมทำให้เกิดสิ่งมี ชีวิตยุคเริ่มแรกขึ้น

จากซากดึกดำบรรพ์ที่ปรากฏบนหินทำให้เราทราบว่า สิ่งมีชีวิตยุคเริ่มแรกซึ่งได้แก่ ไซยาโนแบคทีเรียนั้นเกิดขึ้นมาเมื่อประมาณ 3,300 ล้านปีก่อน ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตแรกๆที่สามารถสร้างออกซิเจนได้จากกระบวนการสังเคราะห์ ด้วยแสง  และเป็นสิ่งมีชีวิตพวกหลักที่ทำให้บรรยากาศของโลกมีปริมาณออกซิเจนเพิ่มขึ้น ในช่วง 2,700-2,200 ล้านปีก่อน และด้วยกระบวนการต่างๆ เหล่านี้จึงทำให้บรรยากาศของโลกเข้าสู่ยุคของแก๊สไนโตรเจน และแก๊สออกซิเจน ซึ่งถือเป็นองค์ประกอบของบรรยากาศโลกในช่วงที่สามดังเช่นในปัจจุบัน

 

images by uppicweb.com   จากการ ศึกษาที่ผ่านมาพบว่ากระบวนการต่างๆ ทั้งจากบนโลก ในโลก และนอกโลก ล้วนส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบบรรยากาศของโลก นอกจากนั้นบรรยากาศของโลกยังส่งผลต่อการเกิดกระบวนการต่างๆ บนโลกด้วยเช่นกัน กล่าวได้ว่าสิ่งต่างๆ ล้วนมีความสัมพันธ์กันทั้งชีวภาค บรรยากาศ ธรณีภาค และอุทกภาค ไม่ว่าทางตรงหรือทางอ้อม รวมทั้งกิจกรรมต่างๆ ที่มนุษย์ได้ก่อขึ้นนอกจากจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของ โลกแล้ว การเปลี่ยนแปลงนั้นยังสามารถย้อนส่งผลมาถึงมนุษย์ด้วยเช่นกัน