L’origine de l’air telle que nous la connaissons commence avec la catastrophe de l’oxygène, également connue sous le nom de grande oxydation, qui s’est produite il y a environ 2.7 milliards d’années. Avant cela, le niveau d’oxygène dans l’air était d’environ 1/50e de pour cent. Ceci est similaire au niveau d’oxygène présent dans l’atmosphère de Mars, environ 1/5e de pour cent. Comme Mars d’aujourd’hui, l’atmosphère de la Terre primitive était principalement constituée de dioxyde de carbone. Aujourd’hui, l’atmosphère contient 20 % d’oxygène et seulement 0.038% de dioxyde de carbone, ce qui rend l’air parfaitement respirable pour les organismes dépendants de l’oxygène comme nous.
Avec l’avènement de l’oxyphotosynthèse chez les micro-organismes, ce dioxyde de carbone a été progressivement consommé, créant le déchet de l’oxygène élémentaire. La catastrophe de l’oxygène est clairement délimitée dans les archives géologiques par l’introduction de grandes quantités de fer oxygéné (rouille). Ces reliques sont appelées formations de fer rubané. L’événement est appelé une catastrophe parce que l’oxygène est toxique pour les organismes anaérobies, que l’événement a anéantis en grand nombre. Il y a eu un décalage d’environ 300 millions d’années avant l’évolution des premiers organismes producteurs d’oxygène et la véritable catastrophe de l’oxygène.
Au cours des milliards d’années qui ont suivi, les organismes d’oxyphotosynthèse ont prospéré, produisant de plus en plus d’oxygène élémentaire. L’histoire de l’air, de pratiquement zéro oxygène à 20 % d’oxygène, s’étend sur plus de deux milliards d’années. Pendant la période carbonifère, il y a environ 250 millions d’années, lorsque les plantes prospéraient, les niveaux d’oxygène étaient encore plus élevés qu’ils ne le sont aujourd’hui. Cela a permis l’existence de très gros insectes, dont une libellule, Meganeura, avec une envergure de deux pieds. L’air d’aujourd’hui serait irrespirable pour Meganeura, en raison de son manque relatif d’oxygène.
La recherche est en cours pour des planètes extraterrestres avec un air similaire à celui de la Terre, sans succès jusqu’à présent. En examinant de près le spectre d’un corps planétaire, les astronomes peuvent déterminer sa composition chimique, même si ce corps est extrêmement éloigné. C’est la même technique utilisée pour déterminer la composition chimique des étoiles lointaines.