地球历史上大气层中含氧比重最高的时期有的研究认为可能是在石炭纪末到二叠纪初，或在石炭纪达到峰值，大约3亿年左右。达到35%。
地球形成初期的二十多亿年里，地球大气处于负氧状态，可能与熔岩冷却消耗有限的氧气有关。到24亿年前地球上发生了一次“大氧气事件”，大气层中的含氧量达到1-3%。有研究认为可能与叠层石发育有关。
此后近二十亿年一直保持这种低氧比重直到7-6亿年前，在这一亿年间，大约是“雪球地球”时期结束后，又发生了一次大规模的“造氧事件”，目前推测是大陆普遍覆盖着浅海湿地，蓝藻繁殖迅速，使得氧气比重从1-3%上升到10-12%左右。由于含氧量的提高，导致了“埃迪卡拉纪软体生物兴盛”，并进而促成了“寒武纪生物大爆发”。
但当时大气中的二氧化碳比重更高，气候温暖，大陆聚集在赤道附近，高大的蕨类植物生长茂盛，植物间的密度极高，树与树之间的间距甚至少于30厘米，在光合作用下，植物生长消耗二氧化碳，并吐出大量氧气。
由于木质素的形成，而分解植物的菌类尚未出现，导致大量的碳随着植物的生命周期而被固化沉积到地下，使此后的石炭纪高质量煤矿的形成成为可能。与此同时，大气中的二氧化碳比重下降，氧气比重大幅度上升，在石炭纪后期达到地球历史上大气含氧比重最高的阶段。
地球形成之初，大气成分主要是还原性物质，比如一氧化碳，氨气，甲烷等。地表还有大量还原性物质，比如金属单质，尤其是铁。最初形成的氧气，都会很快被消耗掉，只有当这些还原性物质全部被氧化后，氧气才能在大气中积累。所以，自地球诞生，直到寒武纪，大气中才终于有游离态氧气的存在。
但是，随着氧气含量增加，臭氧层形成，紫外线也随之减弱。由紫外线分解的水也就很少了。同时，富含氧气的大气层有利于高等植物的进化繁衍，光合细菌，甲烷细菌等逐渐被边缘化。由此，氢气的生成速度明显降低。但是，由于地质运动，地球内部的还原性物质不断暴露出来。正是因为时值地球自身，进入了大周期性的地质极度活跃期，才会有因地球活动超常加剧的，地底物质的热化反应释放的，成分复杂的大量化学物质。
也正是这些成分诸多的超大量气化的物质随地热的地表释放，才导致了地表空气质量的“污染”恶化，和海洋水质的成分异变的含氧量下降。这就是人类检测空气质量，所谓日趋急剧恶劣变化的唯一原因！
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