二次大気とは、地球が形成された後の比較的初期の段階で、地球内部からのガスの放出によって形成された大気のことだ。これは、先に存在した水素やヘリウムを主成分とする一次大気が宇宙空間に散逸した後、地球の歴史において生命の誕生と進化に直接関わることになる、非常に重要な大気である。
地球の内部がマグマオーシャンから徐々に冷え固まり、火山活動が活発になると、地球内部に閉じ込められていたガスが、火山噴火や地殻の亀裂を通して地表へと放出され始めた。このプロセスを「脱ガス（アウトガス）」と呼ぶ。放出されたガスは、主に水蒸気（H_2O）、二酸化炭素（CO_2）、そして現在の地球大気の主要成分でもある窒素（N_2）だったと考えられている。その他にも、硫化水素（H_2S）やメタン（CH_4）、アンモニア（NH_3）といった還元性のガスも含まれていたと推測される。
この二次大気は、現在の地球大気と比べて、特に自由酸素（O_2）がほとんど存在しないという決定的な違いがあった。そのため、初期の生命は酸素を使わない嫌気性の生物が主流だったのだ。しかし、この豊富な水蒸気が地球の冷却と共に凝結し、原始海洋を形成した。そして、その海洋中で二酸化炭素が溶け込み、炭酸塩として岩石中に固定されることで、大気中の二酸化炭素濃度が徐々に減少し始めた。
さらに、海洋で光合成を行う生命が誕生すると、彼らの活動によって二酸化炭素が消費され、酸素が放出され始めた。これにより、二次大気の組成は長い時間をかけて大きく変化し、現在の酸素に富む大気へと変遷していくことになる。
このように、二次大気は、地球の水の大部分を供給し、生命が誕生する環境を整え、その後の地球の気候と生命の進化の舞台となった、まさに地球の歴史の転換点に現れた大気だと言える。
The secondary atmosphere refers to the atmosphere that formed in the relatively early stages after the Earth’s formation, through the release of gases from the Earth’s interior. This is a crucial atmosphere in Earth’s history, directly involved in the origin and evolution of life, following the dissipation of the primary atmosphere, which was primarily composed of hydrogen and helium, into space.
As the Earth’s interior gradually cooled and solidified from a magma ocean, and volcanic activity became vigorous, gases trapped within the Earth’s interior began to be released to the surface through volcanic eruptions and crustal fissures. This process is called “degassing (outgassing).” The released gases are thought to have mainly consisted of water vapor (H_2O), carbon dioxide (CO_2), and nitrogen (N_2), which is also a major component of Earth’s current atmosphere. It is also presumed that other reducing gases such as hydrogen sulfide (H_2S), methane (CH_4), and ammonia (NH_3) were present.
A critical difference of this secondary atmosphere compared to the current Earth’s atmosphere was the near absence of free oxygen (O_2). Consequently, early life forms were predominantly anaerobic organisms that did not use oxygen. However, as the Earth cooled, this abundant water vapor condensed to form the primordial oceans. In these oceans, carbon dioxide dissolved and became fixed in rocks as carbonates, leading to a gradual decrease in atmospheric carbon dioxide concentration.
Furthermore, as photosynthetic life emerged in the oceans, their activities consumed carbon dioxide and began releasing oxygen. This caused the composition of the secondary atmosphere to change significantly over a long period, transitioning into the current oxygen-rich atmosphere.
Thus, the secondary atmosphere supplied most of Earth’s water, set the stage for the emergence of life, and became the backdrop for the subsequent evolution of Earth’s climate and life—truly an atmosphere that appeared at a turning point in Earth’s history.
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