Historia xeolóxica do oxíxeno

A historia xeolóxica do oxíxeno describe como se foi xerando este gas e acumulando na atmosfera terrestre, que inicialmente carecía del en estado libre. Antes de que evolucionase a fotosíntese, a atmosfera terrestre carecía de oxíxeno libre (O2). Os organismos fotosintéticos procariotas que producían O2 como un produto residual viviron moito antes de que se producise a primeira acumulación de oxíxeno na atmosfera, seguramente hai 3, 5 miles de millóns de anos. O oxíxeno que produciron foi rapidamente retirado da atmosfera polas reaccións co ferro disolto no mar. Esta "oxidación en masa" do ferro orixinou a deposición de óxido de ferro no fondo oceánico, formando formacións de ferro bandeado. O oxíxeno só empezou a permanecer na atmosfera en pequenas cantidades aproximadamente uns 50 millóns de anos antes do comezo do Evento da grande oxixenación. Esta oxixenación en masa da atmosfera tivo como resultado unha rápida acumulación de oxíxeno libre. Ás taxas actuais de produción primaria, os organismos fotosintéticos actuais poderían producir a concentración de oxíxeno que hai hoxe en só 2000 anos. En ausencia de plantas, a taxa de produción de oxíxeno pola fotosíntese era máis lenta no Precámbrico e as concentracións de O2 alcanzadas eran de menos do 10% da actual e probabemente flutuaron amplamente; o oxíxeno mesmo puido ter desaparecido de novo da atmosfera hai arredor de 1, 9 miles de millóns de anos. Estas flutuacións nas concentracións de oxíxeno tiveron pouco efecto directo sobre a vida, e non se observaron extincións en masa ata a aparición de vida complexa aproximadamente a comezos do Cámbrico, hai 541 millóns de anos. A presenza de O2 proporcionou novas oportunidades á vida. O metabolismo aerobio é máis eficaz que o anaerobio, e a presenza de oxíxeno creou novas oportunidades que a vida podía explorar. Desde o comezo do Cámbrico, as concentracións de oxíxeno atmosférico flutuaron entre o 15% e o 35% do volume atmosférico. Alcanzouse un máximo do 35% cara ao final do Carbonífero (hai uns 300 millóns de anos), un pico que puido ter contribuído á aparición de insectos e anfibios de gran tamaño naquela época. Aínda que as actividades humanas como a queima de combustibles fósiles, afectan á concentración relativa de dióxido de carbono e ao efecto invernadoiro, o seu efecto sobre as concentracións de oxíxeno, que son moito maiores, é menos significativo. Efectos sobre a vida
A concentración de oxíxeno na atmosfera cítase a miúdo como un posible contribuínte a fenómenos evolutivos a grande escala, como a orixe da biota de Ediacara multicelular, a explosión cámbrica, as tendencias na evolución no tamaño do corpo dos animais e outros eventos de extinción e diversificación.
O gran tamaño dos insectos e anfibios do Carbonífero, cando a concentración de oxíxeno na atmosfera chegou ao 35%, atribuíuse por algúns autores a que eses animais teñen un metabolismo cunha difusión de oxíxeno limitada e non poden crecer se a concentración de oxíxeno é baixa. Pero o ensaio de Haldane indica que isto só se podería aplicar aos insectos. Porén, a base biolóxica para esta correlación non é firme, e diversas evidencias indican que a concentración de oxíxeno non é un factor limitante do tamaño nos modernos insectos. Ademais, non hai unha correlación significativa entre o oxixeno atmosférico e o tamaño corporal máximo no resto do rexistro xeolóxico. As restricións ecolóxicas poden explicar mellor o tamaño pequeno das libélulas post-carboníferas, por exemplo a aparición de competidores voadores en épocas posteriores, como os pterosauros, aves e morcegos.
O aumento das concentracións de oxíxeno foron citadas como un dos diversos impulsores da diversificación evolutiva, aínda que os argumentos fisiolóxicos nos que se basean son cuestionables, e non hai un padrón claramente evidente entre as concentracións de oxíxeno e a taxa de evolución. A ligazón máis celebrada entre o oxíxeno e a evolución ocorreu ao final da última glaciación de Terra bóla de neve, na que se encontrou a primeira vida multicelular complexa no rexistro fósil. Baixo concentracións de oxixeno baixas e antes da evolución da fixación do nitróxeno, os compostos de nitróxeno bioloxicamente dispoñibles estaban presentes en cantidades limitadas e as periódicas "crises do nitróxeno" podían facer que o océano fose pouco hospitalario para a vida. As concentracións significativas de oxíxeno foron un dos requisitos para a evolución da vida complexa. Os modelos baseados nos principios do uniformismo (é dicir, extrapolando as dinámicas oceánicas dos tempos actuais a tempos máis pretéritos) suxiren que ditas concentracións só se alcanzaron inmediatamente antes da primeira aparición dos metazoos no rexistro fósil. Ademais, as condicións oceánicas anóxicas ou que dalgún outro xeito fosen quimicamente "desagradables", que lembran ás que se supón que inhiben a vida microscópica, volveron darse a intervalos ao longo do Cámbrico temperán e tamén no Cretáceo, sen efectos aparentes sobre as formas de vida daqueles tempos. Isto podería indicar que as sinaturas xeoquímicas que se encontran nos sedimentos oceánicos reflicten a atmosfera dun modo diferente antes do Cámbrico, quizais como resultado do modo fundamentalmente diferente de recirculación dos nutrientes en ausencia de comedores de plancto.
Unha atmosfera rica en oxíxeno pode causar a liberación de fósforo e ferro das rochas, por meteorización destas, e estes elementos quedan dispoñibles para o sostemento de novas especies cuxos metabolismos necesitan estes ementos en forma de óxidos.