人们已经知道地球上的气候是不断变化的，但是对于大气层的认识却仍然趋向于一种观点：即地球上大气的组成是稳定的，始终是78％的氮气和21％的氧气，还有一些其他气体。其实这种看法是错误的。我们现在所说的大气层是地球大气演化过程中的第三个阶段。大气演化过程的第一个阶段大约是在45亿年前。那时地球被一层正在形成中的气体所笼罩，不断有岩石从地球内部被喷射出来，而喷发时所产生的热量使岩石中的某些成分被蒸发出来，产生气体形成空气。与此同时，来自太空的一些天体也在不断撞击着地球。这些天体中大部分都含有水，有些彗星的水分含量非常高以至于被人们称为“脏雪球”。喷发和撞击使第一阶段的大气主要由水蒸气构成并混有少量的氢、氮、一氧化碳和二氧化碳。同时这种像锤子敲击钉子似的撞击又使大气中的水很难以液态的形式存在，结果水汽变成了气体而不是云。此后一个体积差不多与火星相近的天体撞击了地球。这次的撞击异常猛烈，以至于当引力最终将撞击所产生的碎片吸引到一起的时候，形成的是两个而不是一个天体：地球和月亮。随后大气层也得以恢复。此时的地球不仅体积巨大而且内部异常炙热，不断有火山开始喷发，其数量远远多于今天的活火山，而火山喷发时所释放出的气体也成为地球大气的一部分。由于有越来越多的天体撞向地球、月亮、金星和火星，并成为这些天体的一部分，围绕太阳运转的天体开始减少，宇宙中的这次大轰炸终于平息了下来，地球也开始冷却。又过了一段时间，地球上的水汽终于得以凝结成云，天空开始下起了雨，雨水落回到地面在低洼处形成了海洋。由于氢气是质量最轻的一种气体，很容易逃逸出地球的引力扩散到高空，因此氢的含量此时减少了很多。大气成分与今天金星和火星上的大气成分相似，主要是95％的二氧化碳，3％的氮和少量的一氧化碳与其他气体，密度也远远高于今天的大气，气压值大约是每平方英寸365磅力(250O兆帕或25毫巴)。这阶段二氧化碳与地表岩石中蕴含的水、碳和镁发生反应形成碳酸盐。这些碳酸盐沉积在海底经过几百万年的压缩和加热形成了石灰岩。地球大气中的二氧化碳的含量逐渐减少降低了气压，减缓了大气与地表岩石问的化学反应，大气开始稳定下来。至此，尽管空气中二氧化碳的含量还非常高，但地球却已经完成了大气演化的第二个阶段。氧气的累积当大气演化的第二个阶段结束时，太阳还是宇宙中一个新的天体，威力远不如现在。在太阳中心区发生的热核聚变已经使太阳开始发光，但强度要比现在弱25％-30％，温度也没有现在高。即便如此，此时的太阳已足以使地球水体表面的温度升高。阳光使地球上出现了第一批通过光合作用生产糖的细胞生物。它们是含有叶绿素的藻青菌，生活在水底微生物丛中。这些微生物化石的残骸被称为迭层。氧气是藻青菌进行光合作用时释放出的副产品。大约21亿年前，大气中的氧含量大约是现在的15％，并且数量在不断增加。臭氧层此时已经在平流层中形成。臭氧是氧的一种形式，它的分子中含有3个氧原子而氧气的分子只含有2个氧原子。其实，当大气中的氧含量还只是今天氧含量的1％的时候臭氧层就已经出现了。虽然光合作用可以产生氧气，但是我们还不清楚氧气是怎样累积的，因为伴随光合作用发生的还有呼吸作用。当某些生物体死亡时，它们的组织会被其他生物所分解，分解过程中产生的碳是这些生物的能量来源，并通过它们的呼吸作用被释放回空气当中。光合作用可以通过吸收二氧化碳的方式来释放氧气，但呼吸作用却又将碳氧化成二氧化碳从而消耗掉了这些氧气，因此大气中氧的含量并没有发生变化。那么氧气究竟是怎样累积起来的呢？对此科学家们提出了两种看法。许多科学家认为：既然最早从事光合作用的生物生活在水中，那么大约有0.1％的生物死后就被埋在了海底，从而阻止了过多的生物分解过程的发生，氧气得以在大气中保存。

书摘:气候变化/危险的天气丛书