Atmosfera ankstyva žemė labai skyrėsi nuo to, ką turime šiandien. Manoma, kad pirmoji Žemės atmosfera buvo sudaryta iš vandenilis ir helio, panašiai kaip dujinės planetos ir Saulė. Po milijonus metų trukusių ugnikalnių išsiveržimų ir kitų vidinių Žemės procesų atsirado antroji atmosfera. Ši atmosfera buvo pilna šiltnamio efektą sukeliančių dujų, tokių kaip anglies dioksidas, sieros dioksidas, taip pat joje buvo kitų rūšių garų ir dujų, tokių kaip vandens garai ir, mažesniu mastu, amoniakas ir metanas.
Be deguonies
Šis dujų derinys buvo labai nepakenčiamas daugeliui gyvybės formų. Nors yra daug teorijų, tokių kaip Pirmykštė sriubos teorija, Hidroterminės ventiliacijos teorija, ir Panspermijos teorija Apie tai, kaip Žemėje prasidėjo gyvybė, aišku, kad pirmiesiems Žemėje gyvenantiems organizmams nereikėjo deguonies, nes atmosferoje nebuvo laisvo deguonies. Dauguma mokslininkų sutinka, kad gyvenimo elementai nebūtų galėję susiformuoti, jei tuo metu atmosferoje būtų buvę deguonies.
Anglies dvideginis
Tačiau augalai ir kiti autotrofiniai organizmai klestės atmosferoje, užpildytoje anglies dioksidu. Anglies dioksidas yra viena iš pagrindinių būtinų reagentų fotosintezė atsirasti. Naudodamas anglies dioksidą ir vandenį, autotrofas gali gaminti angliavandenius energijai ir deguoniui kaip atliekoms. Po to, kai Žemėje evoliucionavo daugybė augalų, atmosferoje laisvai plūduriavo deguonis. Hipotezuojama, kad tuo metu nė vienas gyvas daiktas Žemėje nebuvo naudojamas deguoniui. Iš tikrųjų deguonies gausa buvo toksiška kai kuriems autotrofams ir jie išnyko.
Ultravioletinis
Nors deguonies dujos negalėjo tiesiogiai panaudoti gyvi daiktai, deguonis nebuvo blogas tiems organizmams, kurie tuo metu gyveno. Deguonies dujos plūdo į atmosferos viršų, kur jas veikė ultravioletiniai saulės spinduliai. Tie UV spinduliai skaido diatomines deguonies molekules ir padėjo sukurti ozoną, sudarytą iš trijų deguonies atomų, kovalentiškai sujungtų vienas su kitu. ozono sluoksnis padėjo užkirsti kelią kai kuriems UV spinduliams patekti į Žemę. Dėl to gyvenimui buvo saugiau kolonizuotis sausumoje, nes jie nebuvo jautrūs tiems žalingiems spinduliams. Prieš susidarant ozono sluoksniui, gyvybė turėjo likti vandenynuose, kur jis buvo apsaugotas nuo skaudaus karščio ir radiacijos.
Pirmieji vartotojai
Su apsauginiu ozono sluoksniu, kuris juos dengtų, ir gausiomis deguonies dujomis, kad galėtų kvėpuoti, heterotrofai galėjo išsivystyti. Pirmieji vartotojai pasirodė paprasti žolėdžiai gyvūnai, galintys valgyti augalus, išgyvenusius deguonies prisotintą atmosferą. Kadangi šiais ankstyvaisiais žemės kolonizacijos etapais deguonies buvo gausu, daugelis šiandien žinomų rūšių protėvių išaugo į milžinišką dydį. Yra duomenų, kad kai kurios vabzdžių rūšys išaugo į kai kurių didesnių rūšių paukščius.
Tada galėtų išsivystyti daugiau heterotrofų, nes buvo daugiau maisto šaltinių. Šie heterotrofai išleido anglies dioksidą kaip jų ląstelių kvėpavimo atliekas. Suteikę ir paėmę autotrofus ir heterotrofus, jie sugebėjo stabiliai išlaikyti deguonies ir anglies dioksido lygį atmosferoje. Šis duoti ir imti tęsiasi ir šiandien.