La Terra ha avuto tre atmosfere, ognuna diversa nella composizione chimica. La prima delle atmosfere della Terra, formatasi quando il pianeta era ancora molto giovane, era principalmente idrogeno ed elio. Questa atmosfera ha circa 4.57 miliardi di anni ed è stata di breve durata: il calore della crosta fusa e il vento solare hanno dissipato questo strato. L’idrogeno e l’elio non sono abbastanza pesanti da creare un’atmosfera stabile a meno che il pianeta non sia molto massiccio: questi elementi hanno maggiori probabilità di guadagnare velocità di fuga durante fluttuazioni termiche casuali. Questo è uno dei motivi per cui oggi l’idrogeno e l’elio sono molto rari nell’atmosfera terrestre.
Circa 4.4 miliardi di anni fa, la crosta si è solidificata e si sono formati numerosi vulcani, emettendo vapore, anidride carbonica e ammoniaca nei cieli. Nel tempo, la densità di questi gas vulcanici è diventata sufficiente a formare una seconda atmosfera terrestre, principalmente di anidride carbonica e vapore acqueo. Era presente un po’ di azoto, ma a malapena ossigeno libero. Questo è simile all’attuale atmosfera di Venere, che è composta per il 96.5% di anidride carbonica e il 3.5% di azoto. L’atmosfera terrestre a questo punto aveva qualcos’altro in comune con Venere: era circa 100 volte più densa di oggi. La pressione in superficie sarebbe stata simile alla pressione sotto 1 km (0.62 mi) di acqua.
L’atmosfera terrestre iniziò lentamente a rarefarsi mentre l’anidride carbonica si dissolveva negli oceani e precipitava sotto forma di carbonati. Questo ha ricoperto gran parte della Terra con uno strato di carbonio e ha posto le basi per i primi anni di vita.
Entro 3.5 miliardi di anni fa, era emersa la vita, sotto forma di archaea. Circa 2.7 miliardi di anni fa furono raggiunti da microbi chiamati cianobatteri. I cianobatteri furono i primi organismi fototropici produttori di ossigeno e iniziarono lentamente ad assorbire anidride carbonica dall’atmosfera ea rilasciare ossigeno. Ci è voluto molto tempo prima che i cianobatteri iniziassero davvero, ma tra 2.7 e 2.2 miliardi di anni, durante il primo Paleoproterozoico, questi microbi hanno convertito l’atmosfera terrestre da un’atmosfera anossica (senza ossigeno) in uno stato ossico (contenente ossigeno). . Questa è chiamata la Grande Ossidazione o, più comunemente, la Catastrofe dell’Ossigeno.
L’evento di ossidazione è talvolta considerato una catastrofe perché, per la maggior parte delle forme di vita viventi in quel momento, l’ossigeno era tossico. Pertanto la catastrofe dell’ossigeno è stata una delle prime grandi estinzioni di massa. Tuttavia, come beneficio, abbiamo ottenuto un’altra delle atmosfere della Terra, quella di cui abbiamo bisogno per sopravvivere oggi.