Большинство ученых считают, что Земля и другие планеты Солнечной системы возникли при конденсации космического вещества из первичного протопланетного, т.е. существовавшего до образования планет, газопылевого облака. С тех пор вследствие выпадения космической пыли и метеоритов масса Земли увеличилась. Этот процесс, хотя и незаметно, происходит по сей день.
Постепенное уплотнение первично холодного пылевого облака привело к вторичному его разогреванию. Считается, что этот разогрев привел к расплавлению всей массы Земли. Постепенное вторичное охлаждение поверхностных слоев протопланеты обусловило образование твердой оболочки - земной коры. Возраст древнейших участков земной коры оценивается в 3,9 млрд. лет, а само начало образования коры - 4-4,5 млрд. лет.
Уже в этот период существовала первичная атмосфера Земли. В ее состав входили пары воды, метан, аммиак, углекислый газ, водород, к ним примешивались инертные газы - аргон, гелий, криптон, ксенон и выделявшиеся при вулканических извержениях газообразные сероводород, фтористый водород, хлористый водород и др. Однако вследствие того, что масса Земли в этот период была незначительна, легкие газы (водород и гелий) ушли в мировое пространство, а кислород немедленно расходовался на процессы окисления элементов, образовавших нашу планету. Таким образом, первичная атмосфера протопланеты была утеряна.
Постепенно газы, вовлеченные во внутренние слои Земли, начали выделяться, и благодаря им образовалась вторичная, собственно земная, атмосфера. К этому времени накопление космических частиц на Земле, увеличившее массу нашей планеты, дошло до такого уровня, что Земля смогла удерживать газы. В состав вторичной атмосферы нашей планеты входили метан, аммиак, углекислый газ, водород. Однако в атмосфере Земли не было кислорода и азота - важнейших составных частей современной земной атмосферы, которая, как известно, состоит из азота, кислорода, аргона, водорода, воды и углекислого газа. Азот современной атмосферы образовался в результате распада аммиака и выделения газообразного азота при вулканической деятельности. Водород господствует в верхних слоях атмосферы на высотах около 100 км. Вопрос об источниках насыщения земной атмосферы кислородом остается дискуссионным. Многие исследователи считают, что основную роль в этом процессе сыграл фотосинтез зеленых растений. Незначительная часть кислорода могла также образоваться вследствие фотолиза воды под воздействием ультрафиолетовых лучей. Другая точка зрения говорит о существовании, кроме фотосинтеза, второго мощного источника формирования кислородной атмосферы - глубинного. Кислород образуется в океанических впадинах при извержении базальтов и поступает в океанические воды. Этот процесс мог иметь существенное значение для насыщения атмосферы кислородом на ранних этапах эволюции планеты.
Дегазация – это процесс удаления откуда-либо (обычно из воздуха или жидкостей) вредных газов и отравляющих веществ.
В процессе развития Земли происходило изменение не только свойств подстилающей поверхности, но и состава атмосферы и гидросферы. На самых первых этапах эволюции Земли после завершения образования планеты, разогревания ее недр, формирования ядра, приведшим к активным проявлениям магматизма и, в частности, вулканизма, началась дегазация мантии и образование гидросферы и атмосферы.
Что касается химического состава вулканических газов, то, по современным определениям, вулканические газы содержат, прежде всего, значительное количество водяного пара. Например, в газах из базальтовых лав вулканов на Гавайских островах при температуре 1200°С содержится примерно 70–80% водяного пара (по объему). Следующей по значению составляющей вулканических газов является углекислый газ; в газах гавайских вулканов его содержится 6–15% (по объему). В вулканических газах содержится сернистый газ SО2 и азот. Встречаются также хлор, метан СН4 (иногда до 3%), аммиак NH3 и другие компоненты (SО2, S, Вг, F, Se, I, В).
Таким образом, можно считать, что на поверхность Земли при дегазации лав поступали пары воды, соединения углерода СО2, СО и СН4, аммиак, сера и ее соединения H2S и SО2, галоидные кислоты НС1, HF, HBr, HI, борная кислота, водород, аргон и некоторые другие газы. Эта первичная атмосфера сначала была тонкой, поэтому ее температура у поверхности Земли была очень близкой к температуре лучистого равновесия, получающейся в результате приравнивания потока поглощаемого поверхностью солнечного тепла потоку уходящего излучения поверхности Земли, пропорциональному четвертой степени температуры этой поверхности (по некоторым предположениям температура могла быть выше, чем при лучистом равновесии, из-за парникового эффекта, создававшегося аммиаком). Эта температура (при современной отражательной способности Земли 0,28) в среднем равна 15 °С, но если принять, что поверхность Земли в катархее напоминала по своим отражательным свойствам лунную поверхность (альбедо 0,07), то средняя температура поверхности (при современном уровне интенсивности солнечного излучения и излучательной способности базальта 0,93) оказывается равной около 5 °С. Таким образом, большая часть водяного пара вулканических газов должна была конденсироваться, превращаясь в воду и образуя гидросферу (Монин А.С., 1982).
Кислые дымы НС1, HF, НВг, аммиак NH3, сера S и ее соединения, значительная часть углекислого газа СО2 растворялись в капельках конденсировавшейся воды и выпадали в виде дождя кислот на поверхности Земли. Эти кислые потоки стекали в пониженные участки первичной поверхности Земли, одновременно реагируя с подстилающими породами и извлекая из них эквивалентное количество щелочей и щелочных земель. По оценке В.М. Гольдшмидта, на 1 кг морской воды приходится 0,6 кг разрушенных горных пород; при их разрушении извлекается и переводится в океан 66% содержащегося в них натрия, 10% магния, 4% стронция, 2,5% калия, 1,9% кальция, 0,3% лития и т.д. Учитывая распространенность этих элементов в породах земной коры можно вычислить получающиеся концентрации соответствующих катионов в морской воде - они совпадают с фактическими характеристиками солености морской воды. В то же время содержание главных анионов в морской воде во много раз выше, чем их количества, которые могут быть извлечены из горных пород. Особенно это относится к хлору и брому, которых в 1 кг современной морской воды в 200 и 50 раз больше, чем в 0,6 кг горных пород.
Таким образом, хлор и бром могли попасть в воду только из продуктов дегазации мантии, и мы приходим к одному из основных тезисов А. П. Виноградова: все анионы морской воды возникли из продуктов дегазации мантии, а катионы – из разрушенных горных пород.
Таким образом, вода океана оказывалась с самого его образования соленой, а не пресной. Общая соленость первичного океана, определяемая содержанием анионов в продуктах дегазации мантии, была, вероятно, близка к современной, но соотношения катионов могли быть несколько иными, так как горные породы первичной коры были преимущественно ультраосновными и основными, и соотношения Na/K и Mg/K в них были много больше, чем в современных горных породах. Следует отметить, что в водах первичного океана отсутствовал анион окисленной серы — сульфат SO42, что служит одним из свидетельств отсутствия в атмосфере и в океане тех времен свободного кислорода. Таким образом, воды первичного океана были хлоридными, нейтральными (рН ≈ 7) и бессульфатными.