Коротко: атмосферный воздух — это смесь газов, пары воды и аэрозолей, и он далеко не всегда был таким, как сейчас.

Из чего состоит «обычный» воздух сегодня

(объёмные доли для сухого воздуха у поверхности)

• Азот (N₂) — ~78,1 %

• Кислород (O₂) — ~20,9 %

• Аргон (Ar) — ~0,93 %

• Углекислый газ (CO₂) — ~0,04 % (порядка сотен ppm; в последние десятилетия растёт)

• Следовые газы (тысячные–миллионные доли процента): неон (~18 ppm), гелий (~5 ppm), метан (~2 ppm), криптон (~1 ppm), водород (~0,5 ppm), закись азота (~0,3 ppm), озон (очень переменный — от долей ppm в тропосфере до «озонового слоя» в стратосфере).

• Водяной пар — крайне переменный компонент: от ~0 до ~4 % по объёму (зависит от климата, времени суток, высоты).

• Аэрозоли — пыль, морская соль, сульфаты, сажа, органика и пр.; их доля меняется от места к месту и влияет на видимость и облачность.

По высоте до ~80–100 км состав газов в среднем почти одинаков (гомосфера). Выше начинается «расслоение» по молекулярным массам (гетеросфера).

Всегда ли он был таким?

Нет. Состав атмосферы Земли существенно менялся на протяжении её истории.

• Ранняя Земля: первичная лёгкая атмосфера (водород, гелий) была быстро потеряна в космос. Затем вулканы «собрали» вторичную атмосферу из водяного пара, CO₂, N₂, а также CO, H₂S, SO₂ и др. Кислорода почти не было.

• Появление кислорода: ~2,4 млрд лет назад фотосинтезирующие цианобактерии начали выделять O₂ (Великое кислородное событие). Сначала кислород «тратился» на окисление пород и растворялся в океане, позже стал накапливаться в воздухе, сформировался озоновый слой.

• Палеозой и далее: за последние сотни миллионов лет доля O₂ и CO₂ многократно колебалась. В каменноугольном–пермском периодах O₂, по геохимическим оценкам, поднимался до ~30–35 %, что способствовало гигантизму насекомых; в другие эпохи опускался существенно ниже нынешних ~21 %. CO₂ варьировал от ~180 ppm в ледниковых стадиях плейстоцена до тысяч ppm в «тёплые» геологические эпохи.

• Новейшее время: с индустриальной эпохи CO₂ вырос примерно с ~280 ppm до >400 ppm — маленькая доля в абсолютном выражении, но климатически заметная. Аргон постепенно накапливается за счёт радиоактивного распада ⁴⁰K в земной коре. Содержание метана и других следовых газов тоже меняется из-за природных и антропогенных источников.

Итог: привычные ~78 % N₂ и ~21 % O₂ — результат миллиардолетней совместной работы геологии, океанов и жизни. Воздух не был «всегда таким» и продолжает медленно меняться.

Коротко: сухой воздух у поверхности Земли — это примерно 78% азота, 21% кислорода, ~1% аргона и около 0,04–0,05% углекислого газа, плюс следы других газов. Воды (в виде водяного пара) может быть от почти 0 до ~4% — это единственная крупная «плавающая» часть состава. Таким воздух таким он стал далеко не сразу: большую часть истории Земли свободного кислорода почти не было, а современный состав — результат миллиардов лет геологических и биологических изменений.

Подробно:

Современный состав (объёмные доли, для сухого воздуха у моря)

• Азот (N₂) — ~78,08%

• Кислород (O₂) — ~20,95%

• Аргон (Ar) — ~0,93%

• Углекислый газ (CO₂) — ~0,04–0,05% (≈ 400–420 частиц на миллион; величина растёт)

• Водяной пар (H₂O) — 0–4% (очень переменный: много в тёплом влажном тропическом воздухе, почти нет в полярном и в стратосфере)

• Следовые газы (доли — от десятков до долей ppm): неон, гелий, метан (≈2 ppm), криптон, водород, закись азота (N₂O ≈0,3 ppm), озон (в тропосфере — десятки ppb, в стратосфере — существенно больше).

• Аэрозоли: пыль, морская соль, дым/сажа, сернокислые капли и т. п. — твёрдые/жидкие частицы, их количество сильно меняется.

Замечания:

• В пределах нижней атмосферы (гомосферы, до ~80–100 км) основные газы хорошо перемешаны, поэтому их доли почти постоянны.

• С высотой распределение переменного H₂O быстро падает; озон наоборот имеет максимум в стратосфере (озоновый слой).

Всегда ли воздух был таким?

Нет. История атмосферы — это последовательность крупных «перекроек» состава:

1. Ранняя Земля (Hadeй/ранний Архей)
   Первая атмосфера, вероятно, была бедна ионными газами (H₂, He) и быстро утрачена. Далее из вулканов поступали H₂O, CO₂, N₂, а также CH₄ и NH₃. Свободного O₂ почти не было. Вода конденсировалась в океаны, CO₂ постепенно связывался в карбонаты и осадки.

2. Великий кислородный кризис (~2,4 млрд лет назад)
   Появление кислородного фотосинтеза у цианобактерий привело к накоплению O₂: сначала кислород «ушёл» на окисление растворённого железа (образуя полосчатые железистые руды), затем стал скапливаться в атмосфере и сформировал озоновый слой. Это радикально изменило химию атмосферы и сделало возможной аэробную жизнь.

3. Протерозой–Фанерозой: большие колебания
   Доля O₂ долго оставалась ниже современной, затем поднималась и опускалась. По геохимическим оценкам:

   • в каменноугольно-пермское время кислород мог достигать ~30–35% (что, среди прочего, связывают с гигантскими насекомыми и активным захоронением органики);

   • в некоторые периоды Мезозоя опускался до ~15–17%.
     CO₂ на длинных шкалах в целом снижался из-за выветривания и захоронения, но имел всплески при вулканизме и распаде суперконтинентов.

4. Ледниково-межледниковые циклы (последние сотни тысяч лет)
   Во время ледниковых эпох CO₂ был ~180–200 ppm, в межледниковья — ~260–280 ppm; метан и температура менялись синхронно с ними.

5. Новая антропогенная фаза (последние ~200 лет)
   С началом индустриализации CO₂ вырос с ~280 ppm до >400 ppm, CH₄ примерно удвоился, увеличились N₂O и техногенные следовые соединения (в т. ч. фреоны, ныне контролируемые). Это не меняет «большую тройку» (N₂, O₂, Ar), но заметно влияет на климат и химию атмосферы. Аргон, кстати, накапливается геологически медленно (радиогенное ^40Ar), поэтому его ~0,93% — тоже результат долгой истории.

Итог: «скелет» воздуха — это азот, кислород и аргон в почти постоянных долях, плюс переменный водяной пар и немного CO₂ и других газов. Но такой кислородно-азотной атмосферы Земля достигла только после фотосинтетической революции; до неё воздух был в основном CO₂-, N₂- и водяно-паровым, с восстановительными газами и почти без свободного кислорода. В новейшее время мы наблюдаем быстрые (по геологическим меркам) изменения именно в следовых компонентах.