Història geològica de l'oxigen

Aument de el O
2 en l'atmòsfera terrestre. Les llínees roja i vert representen els valores llímits estimats, mentres que el temps es medix en l'escala horisontal en mils de millons d'anys (Ga).
Etapa 1 (3.85–2.45 Ga): Pràcticament no hi ha O
2 en l'atmòsfera.
Etapa 2 (2.45–1.85 Ga): Es produïx O
2, pero s'absorbix en els oceans i en les roques dels llits marins.
Etapa 3 (1.85–0.85 Ga): El O
2 comença a abandonar els oceans, pero s'absorbix en les superfícies terrestres i en la formació de la capa d'ozon.
Etapes 4 i 5 (0.85 Ga–present): Els sumideros de O
2 estan completament plens, el gas comença a acumular-se.

Ans que la fotosíntesis evolucionara, l'atmòsfera terrestre no posseïa oxigen lliure (O
2). Els organismes procariotas fotosintéticos que produïxen O
2 com a producte de rebuig varen viure molt abans de que l'oxigen lliure començara a aumentar en l'atmòsfera, tal volta en époques tan primerenques com fa 3,5 mil millons d'anys. L'oxigen que produïen va poder haver segut ràpidament retirat de l'atmòsfera per l'unió química a minerals reduïts, el més notable dels quals va poder haver segut el ferro. Esta "oxidació en massa" va conduir a la deposición d'òxit de ferro en el llit oceànic, produint formacions de ferro bandeado. L'oxigen va escomençar a persistir en l'atmòsfera en chicotetes cantitats aproximadament 50 millons d'anys abans del començ del Gran Event d'Oxidació. Esta oxigenación en massa de l'atmòsfera va desembocar en un ràpit aument de l'oxigen lliure.

A les taxes actuals de producció primària, la concentració actual d'oxigen podria haver segut alcançada pels organismes fotosintéticos en aproximadament 2 000 anys. En absència de plantes, la taxa de producció d'oxigen per fotosíntesis va ser menor en el precámbrico, i les concentracions de O
2 varen ser menors al 10% de l'actual i provablement fluctuaven en gran mida; l'oxigen pot inclús haver desaparegut de l'atmòsfera fa aproximadament 1,9 mil millons d'anys. Estes fluctuacions en la concentració d'oxigen varen tindre poc efecte directe sobre la vida,^{cita requerida} sent que les extincions en massa no es varen observar fins a l'aparició de les formes de vida més complexes, cap al començ del periodo cámbrico,Plantilla:Ma/1 millones de años. La presència de O
2 va brindar noves oportunitats a la vida. El metabolisme aeròbic és més eficient produint energia que les vies anaeròbiques, i la presència d'oxigen indubtablement varen crear noves possibilitats per a que la vida explorara. Des del començ del periodo Cámbrico, les concentracions atmosfèriques d'oxigen han fluctuat entre el 15% i el 35% del volum total atmosfèric. El màxim del 35% es va alcançar cap al final del periodo Carbonífero (fa uns 300 millons d'anys), un pico que podria haver contribuït al gran tamany dels insectes i amfibis d'eixos temps.

Encara que les activitats humanes, tals com la crema de combustibles fòssils, afecten els nivells relatius de diòxit de carbono, el seu efecte sobre les concentracions d'oxigen, molt majors, és menys significatiu.

Efectes sobre les formes de vida

A sovint se cita a la concentració d'oxigen en l'atmòsfera com un possible contribuent als fenomens evolutius a gran escala, tals com l'orige de la biota Edicárica multicelular, l'explosió cámbrica, tendències en el tamany corporal dels animals, i atres events d'extinció i diversificació.

El gran tamany dels insectes i amfibis en el periodo Carbonífero, moment en el qual les concentracions d'oxigen atmosfèric varen alcançar el 35%, ha segut atribuïdes al rol limitante que té la difusió de l'oxigen a través dels teixits d'estos organismes per al seu metabolisme.^{cita requerida} No obstant un treball de Haldane apunta a que açò només podria aplicar-se als insectes. No obstant, els principis biològics involucrats en esta correlació no són fermes, i moltes llínees d'evidència mostren que les concentracions d'oxigen no resulten limitantes en els insectes moderns. Ademés, no hi ha una correlació significativa entre l'oxigen atmosfèric i el màxim tamany corporal alcançat per estos organismes en el registre geològic. En canvi, les pressions ecològiques brinden una millor explicació, per eixemple per a la disminució de tamany dels parots post periodo Carbonífero - per eixemple, l'aparició d'atres competidors capaços de volar, tals com els pterosaurios, aus i rat penats.

Les elevació en les concentracions d'oxigen, han segut citades com la força impulsora d'events de diversificació evolutiva, encara que els principis fisiològics darrere d'estos arguments poden ser qüestionables, i un patró clar de correlació entre les concentracions d'oxigen i les taxes evolutives tampoc resulta clarament evident. La relacione més celebrada entre les concentracions d'oxigen i evolució ocorre cap al final de l'última de les glaciacions globals, a on es troben les primeres formes multicelulares complexes en el registre fòssil. Baixe condicions de concentracions baixes d'oxigen i abans de l'evolució de procés de fixació del nitrogen, els composts de nitrogen biodisponibles tenien un suministrament molt llimitat i les periòdiques "crisis del nitrogen" podrien haver tornat a l'oceà totalment inhòspit per a la vida. Les concentracions significatives d'oxigen, varen anar a penes un dels prerrequisitos per a l'evolució de les formes complexes de vida. Els models basats en principis uniformistas (p.ej. l'extrapolació de les dinàmiques actuals dels oceans cap a molt arrere en el temps) sugerixen que tals concentracions únicament es varen alcançar immediatament abans de la primera aparició dels metazoos en el registre fòssil. És més, les condicions oceàniques anóxicas, conegudes també com a condicions "males" des del punt de vista químic, que semejan aquelles que se supon deurien inhibir a les formes de vida macroscòpiques varen ocórrer vàries voltes a intervals irregulars a lo llarc del Cámbrico primerenc, i també en el Cretàceu tardà; sense cap efecte aparent en les formes de vida presents en eixos temps. Açò podria sugerir que les firmes geoquímicas trobades en els sediment oceànics reflectixen a l'atmòsfera en una forma diferent en periodos anteriors al Cámbrico - tal volta com a resultat d'un cicle nutricional fonamentalment diferent en l'absència de planktívoros.