Prima di una certa evoluzione della fotosintesi , l' atmosfera terrestre non conteneva una quantità significativa di ossigeno (O 2 ). Infatti, sebbene i procarioti che producono diossigeno come elemento di rifiuto di una sequenza fotosintetica siano vissuti a lungo, il loro effetto è rimasto quasi inesistente sulla composizione dell'atmosfera. L'ossigeno prodotto sarebbe stato così assorbito dai minerali e sequestrato nel suolo, in particolare sotto forma di formazioni ferrose a bande .
La produzione di ossigeno iniziò probabilmente nell'Archeano 3,5 miliardi di anni fa con la comparsa dei procarioti autotrofi, cianobatteri le cui comunità sono all'origine di immensi depositi di carbonati fossili, le stromatoliti . Per più di un miliardo di anni, l'ossigeno rilasciato da queste attività fotosintetiche viene consumato da "pozzi di ossigeno", essenzialmente l'ossidazione di sostanze riducenti contenute nelle acque marine (ferro e altri metalli, materia organica) e sulla superficie della superficie terrestre, e quello del metano atmosferico.
Quando tutte queste sostanze furono ossidate, l'ossigeno iniziò ad essere presente nell'atmosfera in piccole quantità circa 2,5 miliardi di anni fa, circa 50 milioni di anni prima dell'inizio della Grande Ossidazione . La produzione di ossigeno da parte dei batteri viene gradualmente sostituita da quella delle alghe eucariotiche unicellulari e del fitoplancton marino, apparsi probabilmente 2 miliardi di anni fa. O 2che fuoriesce nell'atmosfera è corrosivo e, attaccando le rocce, è la fonte di 2.500 dei 4.500 minerali attualmente presenti sulla terra (argille, solfati, ossidi). Dall'esplosione del Cambriano , il livello di ossigeno nell'atmosfera ha oscillato tra il 15 e il 35% della composizione dell'aria .
Il livello di ossigeno nell'atmosfera terrestre avrebbe avuto un'influenza diretta sulle forme di vita. Pertanto, la concentrazione di ossigeno potrebbe essere all'origine di estinzioni o evoluzioni della vita su larga scala, come ad esempio la comparsa di vita multicellulare , della fauna ediacarana , dell'esplosione Cambriano . Il massimo del 35% avvenuto verso la fine del Carbonifero , circa 300 milioni di anni fa, avrebbe contribuito anche alle grandi dimensioni degli insetti e degli anfibi dell'epoca. Questo picco della sua proporzione nell'atmosfera terrestre in questo momento è dovuto alla massiccia espansione delle foreste di felci giganti su Pangea e al graduale seppellimento dei prodotti organici che sono diventati depositi di carbone .
Si noti infine che, sebbene modifichi l'atmosfera, in particolare con l'aumento dell'anidride carbonica , l'attività umana non genera effetti significativi sulla quantità di ossigeno nell'atmosfera.