L'atmosphère primitive de la Terre s'est formée par dégazage de sa surface en fusion peu de temps après sa formation. Elle est alors totalement dépourvue de dioxygène et très riche en dioxyde de carbone. Jusqu'à -2,3 Ga les sédiments déposés par les fleuves contiennent de d'uraninite sous forme de particules solides. Ce minerais d'uranium est soluble dans les eaux riches en dioxygène, sa présence confirme l'existence d'une atmosphère dépourvue de dioxygène.

Évolution du tonnage et nature des gisements de fer depuis le début du Précambrien.

Le dioxygène apparaît dans les océans...

La première preuve de l'existence de dioxygène à la surface de notre planète nous est apporté par les gisements de minerais de fer rubané. Ils sont constitués par une alternance de couches de silices pauvres (verdâtres ou noirâtres) et riches (rouges) en oxydes de fer (magnétite Fe₃O₄ et hématite Fe₂O₃) déposées en milieu marin. Apparus il y a 3,8 Ga, ils connaissent leur apothéose voilà 2 Ga. Ils disparaissent ensuite pour céder la place à des minerais de fer différents appelés couches rouges continentales résultat de l'oxydation du fer dans les sols des continents. La différence de milieu de formation a son importance car elle montre clairement qu'avant 2 Ga l'atmosphère est dépourvue de dioxygène.

Le fer, arraché par l'érosion aux roches des continents, circule alors en solution dans des eaux de ruissellement dépourvues de dioxygène. Car, contrairement à l'uraninite, le fer n'est soluble que dans des eaux pauvre en dioxygène. Arrivé à la mer, le fer précipite dans des eaux riches en dioxygène. Après 2 Ga la précipitation du fer se fait sur les continents car les eaux de ruissellement sont devenues riches en dioxygène. Mais d'où provient le dioxygène des océans entre - 3,8 Ga et 2 Ga?

... grâce à des bactéries :

Dans la nature actuelle l'oxygène que nous respirons est produit par les végétaux chlorophylliens grâce à la photosynthèse. La photosynthèse existe-t-elle depuis des temps aussi reculés? Plusieurs indices permettent de la penser. Les plus anciennes traces de vie (-3.8 Ga) ont été identifié (dans un minerais de fer rubané) par un rapport ¹³C/¹²C particulier dont est responsable la photosynthèse. Les restes identifiables des plus anciens êtres vivants (-3.5 Ga) ressemblent à des bactéries photosynthétiques actuelles (Cyanobactéries anciennement appelées algues bleues). Il y a 3,5 Ga apparaissent des constructions calcaires particulières : les stromatolites. Dans la nature actuelle ils sont le résultat de l'activité photosynthétique des Cyanobactéries qui, en absorbant le dioxyde de carbone, provoquent la précipitation du carbonate de calcium.

Évolution de la matière organique contenue dans les sédiments du précambrien comparée au développement des stromatolites.

Pendant la première moitié du Précambrien l'activité photosynthétique de ces bactéries va avoir deux conséquences :

• produire de l'oxygène en quantité telle qu'il s'accumule dans l'atmosphère après -2 Ga.
• produire de la matière vivante ou biomasse en faisant diminuer la concentration en dioxyde de carbone de l'atmosphère. Cette augmentation de la biomasse se répercute dans la quantité de matière organique piégée dans les sédiments. Elle connaît aussi une croissance constante pendant le précambrien.

Cependant après -2 Ga cette belle croissance se ralentit et la matière organique piégée dans les sédiments diminue même ensuite. Cette crise de croissance est à mettre en relation avec la disparition des gisements de fer rubanés. Les Cyanobactéries qui leur ont donné naissance semblent n'avoir pu survivre que dans un milieu pauvre en dioxygène. Celui-ci était un véritable poison métabolique alors absorbé par le fer lors de son oxydation en Fe₂O₃ . Lorsque tout le fer des océans a été épuisé le dioxygène libre a commencé à s'accumuler dans les océans tuant les Cyanobactéries photosynthétiques. Seules les espèces résistantes survécurent. Il fallu un demi milliard d'années à la biosphère pour se remettre de ce bouleversement en passant d'une photosynthèse dite anaérobie pour laquelle le dioxygène est toxique à une photosynthèse aérobie supportant ce gaz. Un nouveau métabolisme fit son apparition : la respiration. Rendue possible par la présence de dioxygène en quantité notable elle préparait l'apparition du règne animal.