บรรยากาศโบราณ (หรือpalaeoatmosphere ) คือบรรยากาศโดยเฉพาะอย่างยิ่งบรรยากาศของโลกในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งในอดีตทางธรณีวิทยาที่ไม่ระบุแน่ชัด

เมื่อพิจารณาถึงประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของโลกบรรยากาศยุคโบราณสามารถแบ่งตามลำดับเวลาออกเป็นช่วงต่างๆ ดังนี้:

• บรรยากาศชั้นแรกของ ยุค เฮเดียน หรือบรรยากาศหลัก (หรือที่รู้จักกันในชื่อบรรยากาศดั้งเดิมหรือบรรยากาศก่อนกำเนิด ) ซึ่งมีองค์ประกอบคล้ายกับเนบิวลาสุริยะ
• บรรยากาศชั้นที่สองในยุคอาร์เคียน หรือบรรยากาศรอง (เรียกอีกอย่างว่าบรรยากาศก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิต ) ซึ่งเป็นบรรยากาศแบบรีดิวซ์ที่ กลายเป็นบรรยากาศที่อุดมไปด้วย ไนโตรเจนเนื่องจากการปล่อยก๊าซจากภูเขาไฟและ การพุ่งชน ของอุกกาบาตในช่วงปลายยุคการระเบิดครั้งใหญ่และ;
• บรรยากาศชั้นที่สามหรือบรรยากาศระดับตติยภูมิ (หรือที่เรียกว่าบรรยากาศชีวภาพ ) ในยุคโปรเทโรโซอิกและฟาเนโรโซอิก เริ่มมีออกซิเจนธาตุ อิสระ ( ไดออกซิเจน ) เนื่องจากการสังเคราะห์ แสงของ สิ่งมีชีวิต ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนในที่สุดก็ปล่อย ออกซิเจน ที่เป็นผลพลอยได้ ออกมามากพอ ที่จะเอาชนะ ความสามารถ ในการรีดิวซ์ของบรรยากาศชั้นที่สองก่อนหน้านี้ การปรากฏของออกซิเจนอิสระในช่วงรอยต่อ ระหว่าง ยุคนีโอ อาร์เคียน และพาลีโอโปรเทโรโซ อิก หรือที่เรียกว่าเหตุการณ์ออกซิเจนเพิ่มขึ้นครั้งใหญ่ ( Great Oxygenation Event : GOE) ได้เปลี่ยนแปลง คุณสมบัติ รีดอกซ์ของบรรยากาศอย่างถาวร และบรรยากาศที่มีออกซิเจนเพิ่มขึ้นใหม่นี้สามารถแบ่งย่อยออกเป็นช่วง เวลาของการเกิดออกซิเจน และการขาดออกซิเจนอีกหลายช่วงซึ่งเกี่ยวข้องกับภัยพิบัติทางธรณีวิทยาและสภาพ ภูมิอากาศ การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่และวิวัฒนาการการ กระจายตัว การแผ่ขยายและการสืบทอดของสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง ( ไซยาโนแบคทีเรียสาหร่ายและพืช)ก่อนที่จะมาถึงสภาวะ ในยุค โฮโลซีน ในปัจจุบัน

องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโบราณของโลกสามารถอนุมานได้ในปัจจุบันจากการศึกษาปริมาณของสารตัวแทนเช่นเหล็กออกไซด์และถ่านและข้อมูลจากซากดึกดำบรรพ์ เช่น ความหนาแน่นของปากใบของใบไม้ ดึกดำบรรพ์ในแหล่งสะสมทางธรณีวิทยา แม้ว่าชั้นบรรยากาศในปัจจุบันจะประกอบด้วยไนโตรเจน (ประมาณ 78%) ออกซิเจน (ประมาณ 21%) และอาร์กอน (ประมาณ 1%) เป็นหลัก แต่เชื่อกันว่าชั้นบรรยากาศก่อนยุคชีวภาพเป็นชั้นบรรยากาศที่มีสภาวะรีดิวซ์สูงมากโดยแทบไม่มีออกซิเจนอิสระ แทบไม่มีอาร์กอน ซึ่งเกิดจากการสลายตัวของกัมมันตรังสีของ^40Kและประกอบด้วยไนโตรเจนคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนเป็น หลัก

ความเข้มข้นของออกซิเจนอิสระที่มากพออาจไม่เคยมีมาก่อนจนกระทั่งประมาณ 2,500 ล้านปีก่อน ( Myr ) หลังจากเหตุการณ์การเพิ่มขึ้นของออกซิเจนครั้งใหญ่ปริมาณออกซิเจนที่ผลิตเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์แสงโดยไซยาโนแบคทีเรีย (บางครั้งเรียกผิดว่าเป็นสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) เริ่มมีปริมาณมากกว่าสารรีดิวซ์ทางเคมีโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็กที่ละลายอยู่ในน้ำ เมื่อถึงช่วงเริ่มต้นของ ยุค แคมเบรียนเมื่อ 541 ล้านปีก่อน ความเข้มข้นของออกซิเจนอิสระได้เพิ่มขึ้นมากพอที่จะทำให้สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์วิวัฒนาการได้ หลังจากการปรากฏตัว การวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว และการแพร่กระจายของพืชบกซึ่งปกคลุมพื้นผิวโลกส่วนใหญ่ เริ่มต้นเมื่อประมาณ 450 ล้านปีก่อน ความเข้มข้นของออกซิเจนก็ถึงระดับปัจจุบันและต่อมาสูงกว่าค่าปัจจุบัน (ประมาณ 21%) ในช่วงต้นยุคคาร์บอนิเฟอรัสเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศลดลงต่ำกว่าความเข้มข้นปัจจุบัน (ประมาณ 400 ppm) โดยการสังเคราะห์แสงที่สร้างออกซิเจน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}สิ่งนี้อาจมีส่วนทำให้ป่าฝนคาร์บอนิเฟอรัสล่มสลายในช่วง ยุค MoscovianและKasimovianของยุคย่อย Pennsylvanian

การศึกษาทางธรณีวิทยาของหินโบราณสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของบรรยากาศในอดีต ความดัน ความหนาแน่น ฯลฯ ในช่วงเวลาต่างๆ ในประวัติศาสตร์ของโลกได้

การศึกษาในปี 2012 ได้ตรวจสอบร่องรอยที่เกิดจากหยาดฝนที่ตกลงบนเถ้าภูเขาไฟ ที่เพิ่งสะสมตัวใหม่ ซึ่งถูกวางลงในยุคอาร์เคียนเมื่อ 2,700 ล้านปีก่อนในกลุ่ม หินเวนเตอร์ สดอร์ป ซูเปอร์กรุ๊ป ประเทศแอฟริกาใต้ พวกเขาเชื่อมโยงความเร็วปลายทางของหยาดฝนโดยตรงกับความหนาแน่นของอากาศในชั้นบรรยากาศโบราณ และแสดงให้เห็นว่ามีความหนาแน่นน้อยกว่าสองเท่าของชั้นบรรยากาศปัจจุบัน และอาจมีความหนาแน่นใกล้เคียงกันหรือต่ำกว่าด้วยซ้ำ^{[ 4 ]}

การศึกษาที่คล้ายกันในปี 2016 ได้พิจารณาการกระจายขนาดของฟองก๊าซในลาวาบะซอลต์ที่แข็งตัวที่ระดับน้ำทะเลในช่วงยุคอาร์เคียน (~2,700 ล้านปีก่อน) พวกเขาพบว่าความดันบรรยากาศอยู่ที่ 0.23 ± 0.23 บาร์ (23 kPa) เท่านั้น ^{[ 5 ]}

ผลลัพธ์ทั้งสองขัดแย้งกับทฤษฎีที่เสนอว่ายุคอาร์เคียนมีอุณหภูมิอบอุ่นในช่วงยุคดวงอาทิตย์อ่อนด้วยปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์หรือไนโตรเจนที่สูงมาก

การศึกษาในปี 2016 ดำเนินการวิเคราะห์มวลสาร ด้วยสเปกโทรเมตรี กับฟองอากาศที่ติดอยู่ภายในเกลือหินที่สะสมตัวเมื่อ 813 ล้านปีก่อน พวกเขาตรวจพบปริมาณออกซิเจน 10.9% ซึ่งสูงกว่าที่คาดไว้จากการวัดทางอ้อมมาก สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าเหตุการณ์ออกซิเจนในยุคนีโอโปรเทโรโซอิกอาจเกิดขึ้นเร็วกว่าที่เคยคิดไว้^{[ 6 ]}

• บรรยากาศก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิต  – บรรยากาศชั้นที่สองบนโลก
• บรรยากาศของโลก #วิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศโลก  – ชั้นก๊าซที่ล้อมรอบโลก
• เหตุการณ์ออกซิเดชันครั้งใหญ่ #บรรยากาศยุคแรก  – การเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของออกซิเจนในบรรยากาศในยุคพาลีโอโปรเทโรโซอิก
• ธรณีวิทยาภูมิอากาศโบราณ  – การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศในสมัยโบราณ
• บรรยากาศรีดิวซ์  – บรรยากาศที่มีสารรีดิวซ์เป็นองค์ประกอบ