Científicos de la Universidad de Maryland, entre los que figuran Boswell Wing, Sang-Tae Kim, Margaret Baker, Alan J. Kaufman y James Farquhar, junto a colegas en Alemania, Sudáfrica, Canadá y Estados Unidos, han obtenido evidencias de que la oxigenación de la atmósfera de la Tierra, generalmente conocida como la Gran Oxidación, coincidió con la primera era glacial en el planeta.
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Usando isótopos de azufre para determinar el contenido de oxígeno en rocas de 2.300 millones de años de antigüedad en cierto punto de Sudáfrica, han hallado evidencias de un aumento súbito del oxígeno atmosférico, coincidiendo con las pruebas físicas aportadas por residuos glaciales, así como la evidencia geoquímica de lo que podría definirse como un "nuevo orden mundial del ciclo del carbono" para aquella época.
El cambio de los isótopos de azufre coincidió con la primera anomalía conocida en el ciclo del carbono. Esto pudo haber sido el resultado de la diversificación de la vida fotosintética que produjo el oxígeno que cambió la atmósfera.
Hace 2.500 millones años, antes de que la atmósfera terrestre tuviera una cantidad apreciable de oxígeno, las bacterias fotosintéticas emitieron el que probablemente oxigenó en primer lugar la superficie del océano, y sólo más tarde la atmósfera. El primer oxígeno formado reaccionó con el hierro en los océanos, creando óxidos férricos que se depositaron en el fondo oceánico, en sedimentos conocidos como formaciones de hierro en bandas. Se trata de depósitos multicapa de roca rojiza amarronada que se acumuló en las cuencas oceánicas por todas partes del mundo. Posteriormente, el oxígeno escapó del mar y empezó a rellenar la atmósfera.
Una vez que el oxígeno pasó a la atmósfera, los científicos creen que debió reaccionar con el metano, un poderoso gas de efecto invernadero, para formar dióxido de carbono, que es 62 veces menos eficaz para calentar la superficie del planeta. Con menos potencial de calentamiento, las temperaturas de la superficie terrestre y marítima debieron desplomarse, produciendo glaciares en muchos terrenos y grandes masas de hielo marino.
Además de su efecto sobre el clima, el aumento en el oxígeno estimuló un incremento en el ozono estratosférico, nuestro "toldo" global. Esta capa de gas, ubicada a una altura de entre 19 y 50 kilómetros sobre la superficie de la Tierra, disminuyó la cantidad de rayos ultravioleta dañinos que alcanzaban los océanos, permitiendo que afloraran a la superficie organismos fotosintéticos que previamente vivían mucho más abajo, y eso hizo incrementar la emisión de oxígeno, y también la acumulación de ozono estratosférico.
La mayor cantidad de oxígeno en la atmósfera también tuvo que haber estimulado los procesos de erosión, con la consiguiente aportación extra de nutrientes minerales a los mares, y también pudo haber empujado la evolución biológica hacia los eucariotas.
El resultado de la Gran Oxidación, según Kaufman y sus colegas, fue una completa transformación de la atmósfera de la Tierra, de su clima, y de la vida que pobló su superficie.
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