II.A. Une production de dioxygène dans les océans à l'Archéen par les cyanobactéries

Les roches sédimentaires de l'Archéen (entre -4 Ga et -2 Ga) renferment des fossiles appelés stromatolithes constitués de multiples couches de calcaire (carbonate de calcium). Des stromatolithes actuels sont visibles dans les milieux aquatiques : ils sont formés par des tapis de cyanobactéries photosynthétiques. Ces bactéries, en consommant le CO2 lors de la photosynthèse, favorisent la précipitation du carbonate de calcium. Le film bactérien se fait alors emprisonné dans une gangue de calcaire, meurt puis recolonise le dessus de la structure. C'est la répétition de ce cycle qui conduit à l'organisation en lamine des stromatolithes. 

Par application du principe d'actualisme, les stromatolithes de l'Archéen témoignent de la présence de bactéries photosynthétiques à cette époque, et donc d'une production biologique de dioxygène.

II.B. Une apparition tardive du dioxygène dans l'atmosphère

Alors que les plus vieux stromatolithes connus datent d'au moins -3,5 Ga, les premières traces d'une atmosphère oxydante, et donc de la présence de dioxygène dans l'atmosphère, telles que les red beds, ne remontent quant à elles qu'à -2,4 Ga. 

Cette apparition tardive du dioxygène dans l'atmosphère s'explique par la formation pendant l'Archéen et le début du Protérozoïque de grands volumes de roches sédimentaires océaniques particulières, les fers rubanés (Banded Iron Formation ou BIF) propres à ces époques.

Les BIF contiennent en effet de grande quantité d'hématite, un oxyde de fer III, qui provient de l'oxydation par le dioxygène des ion Fer II qui étaient dissous dans les océans. Ce n'est qu'une fois que la totalité du fer a été oxydé, ce qui a tout de même pris plus d'un milliard d'années, que le dioxygène a pu commencé à s'accumuler dans l'atmosphère. Ainsi la fin de BIF coïncide-t-elle avec le début de formation des red beds.

II.C. Des conséquences biologiques majeures d'une atmosphère oxydante

cf. TD - Une histoire conjointe du dioxygène et de la vie

L'émergence de la vie complexe vers -0.6 Ga est corrélée avec la hausse de la concentration atmosphérique en dioxygène. La faune d'Ediacara, datée de cette époque, montre une diversité d'organismes à corps mou et symétrie bilatérale. Au Cambrien, quelques dizaines de millions d'années plus tard,  apparaissent la majorité des plans d'organisation des groupes vivants actuels. On parle d'explosion cambrienne pour décrire cette diversification très rapide du vivant.

Cela a conduit à l'hypothèse selon laquelle l'augmentation de la concentration en dioxygène de l'atmosphère a rendu possible l'émergence d'organismes pluricellulaires de grande taille, ouvrant ainsi la voie à l'évolution d'organismes au plan d'organisation plus complexe.