La Terre a eu trois atmosphères, chacune d’une composition chimique différente. La première des atmosphères terrestres, formée lorsque la planète était encore très jeune, était principalement constituée d’hydrogène et d’hélium. Cette atmosphère a environ 4.57 milliards d’années et a été de courte durée – la chaleur de la croûte en fusion et le vent solaire ont dissipé cette couche. L’hydrogène et l’hélium ne sont pas assez lourds pour constituer une atmosphère stable à moins que la planète ne soit très massive – ces éléments sont plus susceptibles de gagner en vitesse de fuite lors de fluctuations thermiques aléatoires. C’est en partie la raison pour laquelle l’hydrogène et l’hélium sont très rares dans l’atmosphère terrestre aujourd’hui.
Il y a environ 4.4 milliards d’années, la croûte s’est solidifiée et de nombreux volcans se sont formés, éjectant de la vapeur, du dioxyde de carbone et de l’ammoniac dans le ciel. Au fil du temps, la densité de ces gaz volcaniques est devenue suffisante pour former une seconde atmosphère terrestre, principalement de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau. Un peu d’azote était présent, mais presque pas d’oxygène libre. Ceci est similaire à l’atmosphère actuelle de Vénus, qui contient 96.5 % de dioxyde de carbone et 3.5 % d’azote. L’atmosphère terrestre à ce stade avait autre chose en commun avec Vénus : elle était environ 100 fois plus dense qu’elle ne l’est aujourd’hui. La pression à la surface aurait été similaire à la pression sous 1 km (0.62 mi) d’eau.
L’atmosphère terrestre a lentement commencé à se raréfier à mesure que le dioxyde de carbone se dissolvait dans les océans et se précipitait sous forme de carbonates. Cela a recouvert une grande partie de la Terre d’une couche de carbone et a ouvert la voie à la première vie.
Il y a 3.5 milliards d’années, la vie avait émergé, sous la forme d’archées. Il y a environ 2.7 milliards d’années, ils ont été rejoints par des microbes appelés cyanobactéries. Les cyanobactéries ont été les premiers organismes phototropes producteurs d’oxygène et ont lentement commencé à aspirer le dioxyde de carbone de l’atmosphère et à libérer de l’oxygène. Il a fallu beaucoup de temps aux cyanobactéries pour vraiment démarrer, mais entre 2.7 et 2.2 milliards d’années, au début du Paléoprotérozoïque, ces microbes ont converti l’atmosphère terrestre d’une atmosphère anoxique (manque d’oxygène) à un état oxique (contenant de l’oxygène). . C’est ce qu’on appelle la Grande Oxydation ou, plus communément, la Catastrophe de l’Oxygène.
L’événement d’oxydation est parfois considéré comme une catastrophe car, pour la plupart des formes de vie vivantes à l’époque, l’oxygène était toxique. Par conséquent, la catastrophe de l’oxygène a été l’une des premières grandes extinctions de masse. Cependant, comme avantage, nous avons obtenu une autre des atmosphères de la Terre, celle dont nous avons besoin pour survivre aujourd’hui.