地球：宜居行星的大气演化

我们当今的大气常被用作潜在宜居系外行星的类比，但地球大气在其45亿年的历史中发生了剧烈变化。例如，当今大气中富含分子氧，但在早期地球上是不存在的。同时，地球大气的物理和化学演化也导致了表面温度的剧烈波动，有时导致极端冰川作用或温暖的温室气候。尽管经历了这种动态且偶尔剧烈的历史，地球在过去约40亿年里一直保持宜居——事实上，一直有生命栖息。了解地球的重大变化及其持久的宜居性，对于指导我们认识太阳系外可能存在的宜居行星环境的多样性，以及最终识别宇宙中其他地方的生命光谱指纹至关重要。在此，我们回顾了地球大气成分的长期趋势，及其与行星宜居性和生命栖息的关系。我们重点关注可能作为宜居性标志（CO2、N2）或生物标志（CH4、O2）的气体，特别是与大气氧化还原演化及地球气候系统耦合演化相关的气体。我们强调，在寻找类地行星时，必须注意现代大气提供的例子仅代表地球长期演化的一个快照。在探索我们自身星球的许多 former states 时，我们强调了地球在太古宙、元古宙和显生宙的大气演化，但最后简要讨论了从现在起数百万至数十亿年后的潜在大气轨迹。所有这些“替代地球”情景都为类地、宜居和有生命栖息世界的潜在多样性提供了见解。