地球歷史上大氣層中含氧比重最高的時期有的研究認為可能是在石炭紀末到二疊紀初，或在石炭紀達到峰值，大約3億年左右。達到35%。
地球形成初期的二十多億年裡，地球大氣處於負氧狀態，可能與熔岩冷卻消耗有限的氧氣有關。到24億年前地球上發生了一次“大氧氣事件”，大氣層中的含氧量達到1-3%。有研究認為可能與疊層石發育有關。
此後近二十億年一直保持這種低氧比重直到7-6億年前，在這一億年間，大約是“雪球地球”時期結束後，又發生了一次大規模的“造氧事件”，目前推測是大陸普遍覆蓋著淺海溼地，藍藻繁殖迅速，使得氧氣比重從1-3%上升到10-12%左右。由於含氧量的提高，導致了“埃迪卡拉紀軟體生物興盛”，並進而促成了“寒武紀生物大爆發”。
但當時大氣中的二氧化碳比重更高，氣候溫暖，大陸聚集在赤道附近，高大的蕨類植物生長茂盛，植物間的密度極高，樹與樹之間的間距甚至少於30釐米，在光合作用下，植物生長消耗二氧化碳，並吐出大量氧氣。
由於木質素的形成，而分解植物的菌類尚未出現，導致大量的碳隨著植物的生命週期而被固化沉積到地下，使此後的石炭紀高質量煤礦的形成成為可能。與此同時，大氣中的二氧化碳比重下降，氧氣比重大幅度上升，在石炭紀後期達到地球歷史上大氣含氧比重最高的階段。
地球形成之初，大氣成分主要是還原性物質，比如一氧化碳，氨氣，甲烷等。地表還有大量還原性物質，比如金屬單質，尤其是鐵。最初形成的氧氣，都會很快被消耗掉，只有當這些還原性物質全部被氧化後，氧氣才能在大氣中積累。所以，自地球誕生，直到寒武紀，大氣中才終於有遊離態氧氣的存在。
但是，隨著氧氣含量增加，臭氧層形成，紫外線也隨之減弱。由紫外線分解的水也就很少了。同時，富含氧氣的大氣層有利於高等植物的進化繁衍，光合細菌，甲烷細菌等逐漸被邊緣化。由此，氫氣的生成速度明顯降低。但是，由於地質運動，地球內部的還原性物質不斷暴露出來。正是因為時值地球自身，進入了大週期性的地質極度活躍期，才會有因地球活動超常加劇的，地底物質的熱化反應釋放的，成分複雜的大量化學物質。
也正是這些成分諸多的超大量氣化的物質隨地熱的地表釋放，才導致了地表空氣質量的“汙染”惡化，和海洋水質的成分異變的含氧量下降。這就是人類檢測空氣質量，所謂日趨急劇惡劣變化的唯一原因！
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