原始地球

一次大気…	重力により捕獲した円盤ガス→木星型惑星の大気
	地球の場合、初期太陽から活発に放出された太陽風(電離ガス)
	により、吹き飛ばされたと考えられている
二次大気…	固体から脱出したガス(脱ガス)
	-微惑星の衝突
	-火山
	地球史初期に大規模に起こったと考えられている

○原始大気の組成

H$_2$O	88%  ←温室効果ガス
CO$_2$	6%
N$_2$	2%
$\cdots$	$\cdots$

○海洋の誕生

脱ガスにより大量のH$_2$Oが放出→過飽和

降雨により海をつくる(現在、地球のH$_2$Oの97%が海水)

○現在の大気へ

• 硫黄、塩素等が海水に溶け込む
          →酸性の海。CO$_2$は溶けない → N$_2$, CO$_2$の大気
• 陸上の金属イオンが海に流れこむ(Ca$^{2+}$, Mg$^{2+}$, Na$^+$, K$^+$など)
          →中性化。CO$_2$溶ける → N$_2$の大気
                                  
  
    CaCO$_3$ (炭酸カルシウム)の固体になる

Figure: 海の中性化とCO$_2$の海への溶解。

• 地球上の水が水蒸気に、石灰岩や石油等の炭素がCO$_2$になったとする と、分圧比は
  
  $$P_{\rm H_2O}:P_{\rm CO_2}:P_{\rm N_2}:P_{\rm Ar}\simeq 90.7: 9.1 : 0.2 : 0.002$$
  
  
  →火山ガスの成分比にほぼ等しい

Figure: CO$_2$のサイクル。『一般気象学』図1.5より

○酸素の起源

• 物理的(一部)
  水蒸気が紫外線(0.1-0.2$\mu$m)を吸収→水素原子と酸素原 子に解離
  
  
    軽いので地球から脱出(後述)
  酸素原子→一部はO$_2$に、一部は酸化物の合成に(酸化鉄など)

• 植物による光合成
  12H$_2$O+6CO$_2$→C$_{6}$H$_{12}$O$_{6}$+6O$_2$+6H$_2$O
  

  $$\left. \begin{array}{ll} 38-35億年前 & バクテリアが光合成開始 ... ...n{array}{l} 紫外線(有害)は海中をあまり\\ 透過しないため海中で発生 \end{array}$$

  
  

      O$_2$  
  
       2O
              
  
    
       $\lambda<0.24\mu$m のUV光
  

      O+O$_2$+M$\to$O$_3$(オゾン)+M         M: 触媒(N$_2$, O$_2$, etc.)

  オゾンはUVを吸収する
  →海面近くで繁殖可能
  →より多くの可視光を受け、光合成活発に
  →O$_2$が増す
  →UVさらに弱くなる
  

  約4億2000万年前 生物が陸上に進出
  

Table: 地表付近の大気組成。『一般気象学』表1.4より。

			存在比率(%)
成分	分子式	分子量	容積比	重量比
窒素分子	N$_2$	28.01	78.088	75.527
酸素分子	O$_2$	32.00	20.949	23.143
アルゴン	Ar	39.94	0.93	1.282
二酸化炭素	CO$_2$	44.01	0.03	0.0456
一酸化炭素	CO	28.01	1 $\times 10^{-5}$	1 $\times 10^{-5}$
ネオン	Ne	20.18	1.8 $\times 10^{-3}$	1.25 $\times 10^{-3}$
ヘリウム	He	4.00	5.24 $\times 10^{-4}$	7.24 $\times 10^{-5}$
メタン	CH$_4$	16.05	1.4 $\times 10^{-4}$	7.25 $\times 10^{-5}$
クリプトン	Kr	83.7	1.14 $\times 10^{-4}$	3.30 $\times 10^{-4}$
一酸化二窒素	N$_2$O	44.02	5 $\times 10^{-5}$	3.48 $\times 10^{-5}$
水素分子	H$_2$	2.02	5 $\times 10^{-5}$	3 $\times 10^{-6}$
オゾン	O$_3$	48.0	2 $\times 10^{-6}$	1 $\times 10^{-6}$
水蒸気	H$_2$O	18.02	不定	不定