La teoría de Urey supone un período de protoplaneta en la que no habría atmósfera que y duraría desde hace 4.500 hasta hace 3.500 millones de años. El planeta sería mucho mayor que el actual y sería una nube difusa de polvo, hidrógeno y helio que se iría concentrando rápidamente. Debido a esa concentración, y acreción del material existente, la temperatura de la Tierra sería de entre 2.000 y 3.000 ºC. Esto permitiría la aparición de los primeros compuestos complejos.
Esta teoría está sostenida por H. C. Urey y sus conclusiones pueden resumirse así. El hidrógeno, el elemento más abundante del universo, se combinó con el nitrógeno y el carbono dando lugar a amoniaco (NH3) y metano (CH4). La atmósfera primitiva estaría formada por hidrógeno, helio, amoniaco y metano. Esta composición aparece en otros planetas y satélites del sistema solar. El oxígeno se combinó con el sílice, el aluminio, el magnesio, el hierro, el calcio y el potasio dando lugar a silicatos a partir de los cuales se formaron las partes sólidas más externas del planeta. El hierro, elemento muy abundante en el universo, dio lugar a óxidos y sulfuros si se encontraba por debajo de los 25 ºC y hierro metálico si se encontraba por encima de los 327 ºC. Esta atmósfera se debió perder, ya que la atmósfera actual está formada mayoritariamente por nitrógeno y oxígeno. El hidrógeno y el helio están casi ausentes de la atmósfera terrestre. Los gases presentes en la atmósfera proceden de los gases que expelen las rocas terrestres. Así pues, el oxígeno se encontraba en la Tierra en forma de agua y silicatos, el nitrógeno en forma de amoníaco y nitruros metálicos y el carbono en forma de metano. El agua proveniente del interior del planeta era continuamente disociada por los rayos ultravioleta formando oxígeno, que reaccionaba de nuevo, e hidrógeno, que se perdía en el Espacio. El oxígeno reaccionaba con el amoniaco dando lugar a nitrógeno libre y agua, y también con el metano, dando lugar a dióxido de carbono y agua. Es decir, llegada una tasa determinada de oxígeno presente en un lugar de la atmósfera el metano y el amoníaco se prenderían destruyendo el metano, el amoniaco y el oxígeno y formando nitrógeno, CO2 y agua, además de calor. En esta teoría los seres vivos no tendrían un papel determinante en la aparición del oxígeno terrestre. Sería, también, una explicación del origen del agua en el planeta.
La hidrosfera se formaría a partir del agua desprendida de las rocas, que iría acumulándose en los océanos. Los volcanes tendrían, en esto, una función determinante. Lo que no explica la teoría cómo se enfrió la superficie de la Tierra
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