Tại sao nói khí oxi trên Trái Đất là do tác dụng quang hợp của cây mà có?
Trong bầu khí quyển của Trái Đất có khoảng 21% khí oxi. Khí oxi là yếu tố không thể thiếu đối với sự sống của con người và động vật. Vậy lượng oxi dồi dào ấy được cung cấp từ đâu?
Qua nghiên cứu địa chất, hóa học, vật lý thiên thể và cả suy luận lý thuyết, con người biết rằng từ mấy tỉ năm trước, bầu khí quyển của Trái Đất có khí nitơ, hiđro, hơi nước và cacbonic, nhưng hầu như chưa có khí oxi.
Mặc dù bức xạ tia tử ngoại của Mặt Trời cũng có thể tạo ra một ít oxi, nhưng lượng oxi ấy nhanh chóng bị mất đi. Vậy rốt cuộc khí oxi trên Trái Đất đến từ đâu? Các nghiên cứu tiếp theo cho thấy, những sinh vật nguyên thủy ban đầu sống nhờ quá trình lên men. Dần dần, đến hơn 2 tỉ năm trước, các thực vật đầu tiên có khả năng quang hợp xuất hiện. Chúng dùng lá hấp thụ ánh sáng Mặt Trời, phân giải nước và thải ra oxi, đồng thời sử dụng nước trong đất và khí cacbonic trong không khí để chế tạo tinh bột. Ban đầu lượng oxi chỉ rất nhỏ, sau đó tăng dần và tích lũy ngày càng nhiều. Đến khoảng 600 triệu năm trước, nồng độ oxi đạt khoảng 1% so với hiện nay; khoảng 400 triệu năm trước, nồng độ oxi đạt khoảng 10% so với hiện nay.
Cùng với sự tiến hóa nhanh chóng của sinh vật đa bào và thực vật trên cạn, lượng khí oxi tăng nhanh, đến khoảng 300 triệu năm trước đã đạt mức gần như hiện nay. Từ đó, động vật bậc cao mới dần xuất hiện. Trong khi đó, động vật và vi khuẩn lại tiêu thụ oxi, ngược với quá trình quang hợp của cây: chúng hút oxi và thải ra CO2. Ngoài ra còn có quá trình oxi hóa nham thạch và sự điều hòa của biển cả, tất cả cùng làm cho lượng oxi trong khí quyển dần ổn định. Như vậy, sự đối lập và thống nhất của hai quá trình mâu thuẫn đã tạo ra trạng thái cân bằng tương đối.
Lượng oxi do quang hợp tạo ra rất lớn. Có người tính rằng, với tình trạng thực vật hiện nay, mỗi năm quá trình quang hợp có thể sản sinh hơn 100 tỉ tấn khí oxi. Toàn bộ khí oxi trong không khí không vượt quá 200 nghìn tỉ tấn, nghĩa là khí oxi trong bầu khí quyển hiện nay trung bình khoảng 200 năm lại trải qua một vòng biến đổi tuần hoàn nhờ quang hợp của thực vật. Giả sử một lúc nào đó lượng oxi trong không khí cạn hết, chỉ nhờ tốc độ quang hợp hiện tại thì khoảng 2.000 năm cũng có thể khôi phục lại mức hiện nay. So với lịch sử biến đổi của Trái Đất, 2.000 năm chỉ là một khoảng thời gian rất ngắn, nên với tốc độ quang hợp hiện tại, việc duy trì lượng oxi trong khí quyển là hoàn toàn có thể.
Khí oxi trong không khí hiện nay đang tăng hay giảm? Vì chưa có tư liệu quan sát đủ dài nên vẫn chưa thể xác định chắc chắn. Thực vật hiện có trên Trái Đất ít hơn so với một số thời kỳ trước đây, lượng khí cacbonic cũng khá thấp, chỉ khoảng 0,03% trong khí quyển. Tuy nhiên, do công nghiệp phát triển, mỗi năm con người tiêu hao hàng trăm tỉ tấn than và dầu mỏ. Theo thống kê, lượng khí cacbonic thải vào không khí hằng năm tương đương 0,7% hàm lượng vốn có của nó trong khí quyển, đồng thời cũng tiêu hao một lượng oxi tương ứng. Như vậy, khí oxi trong khí quyển mỗi năm chỉ giảm khoảng 0,01% tổng lượng của nó và chỉ chiếm khoảng 2% lượng oxi được tạo ra nhờ quang hợp. Vì vậy, trước mắt lượng oxi trên Trái Đất vẫn chưa có biến đổi rõ rệt.
