Den första jordatmosfären dominerades således av väte och helium. Den liknade då troligen dagens atmosfär hos de stora och från solen avlägsna planeterna, till exempel Uranus och Neptunus.
Atmosfären och dess innehåll av olika gaser och partiklar är under ständig förändring. I ett större tidsperspektiv, över miljoner och miljarder år, så har det skett dramatiska förändringar.
Solen och jorden samverkar
När solen kom igång med sin fusion och började stråla ut energi ökade temperaturen i jordens atmosfär. Dessutom uppstod en solvind som förmodligen tämligen omgående blåste bort merparten av de två lätta gaserna väte och helium. Jordens gravitation är för svag för att hålla dem kvar.
För cirka 4 miljarder år sedan hade en ny typ av atmosfär börjat dominera. Genom radioaktivitet i jordens inre och gravitationell sammandragning av protojorden (alstrar värme) skickades olika ämnen i gasform ut ur jordens inre. Därmed uppkom en ny typ av atmosfär.
Genom att studera de gaser som kommer ur dagens vulkaner kan man få en bild av vad den atmosfären kan tänkas ha bestått utav. I storleksordning troligen vattenånga, koldioxid och vätesulfid. Mindre mängder av kväve, koloxid, metan och ammoniak.
Det är även sannolikt att jorden ofta utsattes för kollisioner med större kometer under sin tidiga historia med tillförsel av mer is och grus.
Haven bildas, fotosyntesen uppstår
Den stora vattenmängden bildade oceaner. Vattnets kretslopp började med avdunstning, regn, avrinning och tillbaka till haven. Koldioxid löstes i havet liksom vätesulfiden. Kvar blev kväve, metan och ammoniak. Fortfarande fanns i princip inget syre.
De urtida oceanerna bidrog till vattenånga i atmosfären. Om denna kom upp högt i atmosfären blev den utsatt för solens UV-strålning och dissocierades (sönderdelades). Det frigjorda vätet förlorades med tiden ut i rymden medan syret oxiderade med järn på jordytan. Även mycket av metan och ammoniak dissocierade och även detta väte gick förlorat.
För drygt 3,5 miljarder år sedan uppkom fotosyntesen hos blågröna alger. I denna process bildas molekylärt syre. Merparten av detta syre reagerade med järn som fanns upplöst i oceanerna. Dessa järnoxider återfinns nu som mäktiga lager i berggrunden.
Efter någon dryg miljard år hade det mest lättoxiderade järnet förbrukats och då kunde så sakteliga syrehalten i atmosfären öka. Därmed kunde ett ozonlager uppstå som skydd för en del av UV-strålningen.
Syrehalten ökar
Fotosyntesen blev med tiden mer effektiv och stora mängder av koldioxiden förbrukades. Syrehalten i atmosfären ökade och för 600 miljoner år sedan började den bli en betydande del av jordens atmosfär, kanske någon eller några procent av dagen nivå.
Syret kunde användas vid nedbrytning av kolhydrater med biprodukterna koldioxid och vatten. Evolutionen tog då ett språng och därefter utvecklades nya arter explosionsartat.
För cirka 350 miljoner år sedan nådde syrehalten dagens nivå. Från starten för cirka 4,6 miljarder år sedan till idag har kvävet utgjort en stor del av luften.
I och med att jorden har haft oceaner under en mycket lång tid så har vattenångan alltid utgjort en betydande del av innehållet i den lägre delen av atmosfären. I runda tal ett antal procentenheter.