В сучасній біосфері весь кисень, що утворився в результаті фотосинтезу наземної рослинності і океанічного фітопланктону, витрачається на дихання організмів, що розкладають органічну речовину, - бактерій, грибів і тварин. Фото з сайту www.wri.org
В даний час атмосфера Землі на 20% складається з вільного кисню, який є не що інше як побічний продукт фотосинтезу ціанобактерій, водоростей і вищих рослин. Дуже багато кисню виділяється тропічними лісами, які в популярних виданнях нерідко називають легенями планети. При цьому, правда, замовчується, що за рік тропічні ліси споживають практично стільки ж кисню, скільки утворюють. Витрачається він на дихання організмів, що розкладають готове органічна речовина, - в першу чергу бактерій і грибів. Для того, щоб кисень почав накопичуватися в атмосфері, хоча б частина утвореного в ході фотосинтезу речовини повинна бути виведена із круговороту - наприклад, потрапити в донні відкладення і стати недоступною для бактерій, що розкладають його аеробно, тобто зі споживанням кисню.
Сумарну реакцію оксигенів (тобто «що дає кисень») фотосинтезу можна записати як:
CO2 + H2 O + hν → (CH2 O) + O2,
де hν - енергія сонячного світла, а (CH2 O) - узагальнена формула органічної речовини. Дихання ж - це зворотний процес, який можна записати як:
(CH2 O) + O2 → CO2 + H2 O.
При цьому буде вивільнятися необхідна для організмів енергія. Однак аеробне дихання можливо тільки при концентрації O2 не менш ніж 0,01 від сучасного рівня (так звана точка Пастера). В анаеробних умовах органічна речовина розкладається шляхом бродіння, а на завершальних стадіях цього процесу нерідко утворюється метан. Наприклад, узагальнене рівняння метаногенеза через освіту ацетату виглядає як:
2 (СH2 O) → CH3 COOH → CH4 + CO2.
Якщо комбінувати процес фотосинтезу з наступним розкладанням органічної речовини в анаеробних умовах, то сумарне рівняння матиме вигляд:
CO2 + H2 O + hν → 1/2 CH4 + 1/2 CO2 + O2.
Саме такий шлях розкладання органічної речовини, мабуть, був основним у древній біосфері.
Багато важливі деталі того, як встановилося сучасне рівновагу між надходженням кисню в атмосферу і його вилученням, залишаються нез'ясованими. Адже помітне збільшення вмісту кисню, так зване «Велике окислення атмосфери» (Great Oxidation), відбулося лише 2,4 млрд років тому, хоча точно відомо, що здійснюють оксигенів фотосинтез ціанобактерії були вже досить численні і активні 2,7 млрд років тому, а виникли вони ще раніше - можливо, 3 млрд років тому. Таким чином, протягом принаймні 300 мільйонів років діяльність ціанобактерій не приводила до збільшення вмісту кисню в атмосфері.
Полосчатие залізорудні формації, що утворились більше 2 млрд. Років тому при окисленні киснем атмосфери відновлених сполук заліза. З подібних руд складена і Курська магнітна аномалія. Фото Пола Хоффмана з його сайту
У запропонованій моделі вони врахували надходження в атмосферу як кисню, так і відновлених сполук, зокрема звернувши увагу на співвідношення вільного кисню і метану. Вони відзначили, що якщо концентрація кисню перевищує 0,0002 від сучасного рівня, то частина метану вже може окислюватися бактеріями Метанотрофи згідно реакції:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O.
Але решта метан (а його досить багато, особливо при низькій концентрації кисню) надходить в атмосферу.