在地球的整個歷史過程中，大氣層中氧氣含量的變化顯著改變了全球氣候。新密歇根大學領導的一項新研究得出的結論是：重建過去氣候情況的努力必須包含這個之前被我們忽略的因素。
目前，地球大氣層中氧氣的含量是21%，但在過去的5.41億年里，這個含量是在10%到35%之間變動的。
根據密歇根大學的古氣象學家克里斯托弗·保爾森的研究，在氧氣含量下降期間，由此而來的大氣密度下降造成了地表水分蒸發的加劇，這反過來又導致降水的增加和氣溫的升高。
“氧氣含量和氣候之間的聯系從未被考慮。而這種關聯性是地質時段的一個重要因素，”地球與環境科學系教授保爾森說。雖然不像導致溫室效應的二氧化碳氣體濃度對氣候變化那么重要，但氧氣也發揮著關鍵作用，他說。
“不被認為是二氧化碳濃度的變化造成的，氧氣濃度可以幫助解釋古氣候記錄的特征，如果我們想要全面了解過去的氣候情況，那么氧氣含量是必須要考慮的因素，”保爾森說。“但是，氧氣含量的變化在當今氣候變化中并不是一個重要的影響因子。”
在整個地球的歷史上，氧氣含量不斷上升和下降。除去氧分子就會使大氣層變得稀薄，增加了陽光直射地表的可能。
更多的光照意味著地表水分蒸發的加劇，這導致了更高的濕度和更多的降水。當濕度水平上升時，溫度也增加，因為水蒸氣是一種強效的熱傳遞“溫室”氣體。
增加氧分子具有相反的效果：較厚的大氣層，分散的陽光輻射，降低的地表蒸發量，較少的水蒸氣熱傳遞。
在他們發表在《科學》雜志的論文中，保爾森和他的兩個同事量化了氧氣濃度的變化對氣候的影響，利用一個大氣的全球氣候模型來解釋大氣密度，質量和分子量的變化。
研究團隊計算機模擬重點關注白堊紀中期，這個時期的特征是大氣中二氧化碳含量較高，也是過去1億年來最熱的時期。具體來說，他們關注的是1.005億年到9390萬年之間的塞諾曼期。
他們根據氧氣水平的變化進行了一系列的模擬研究，從氧氣含量較低的5%到最高的35%。研究團隊發現氧氣水平下降導致全球降水量和溫度的大幅度提高。
研究人員總結道，氧氣濃度的變化有助于解釋古氣候記錄的特征，不被認為是二氧化碳濃度的變化造成的，如溫暖的極地氣候以及一些歷史時期出人意料的高降水率。
雖然之前沒有考慮氧氣含量對氣候的影響，大氣中氧氣含量的變化一直被公認為塑造了地球上生命的進程。例如，幾十億年前，海洋中光合作用的藍藻釋放出大量的氧氣，最終使得動物在這個陸地上的生存成為可能。