在第二次质变以前，生物的存在尚未形成一个圈层，只不过在海洋这个庇护所内生存，以躲避致死的紫外辐射的伤害。这样从全球来看，生物的分布还只是一种不连续的存在。直至大气中的氧达到某个特定的浓度时(目前一些学者倾向认为，大气中的氧是由生物放氧而来的)，这种游离的氧就成为整个地球表面的主要化学营力。生物体亦逐渐地适应了这种游离氧的新环境，生物体中的过氧化氢酶体系也已发展起来，以抵抗氧气对有机体的氧化破坏作用，形成了有氧呼吸的生理生化功能(所谓碳—3与碳—4型植物的区别，与此有很大关系)。好气生物的产生和发展，光合自养生物数量的不断增殖，加速了氧气向大气的逸入，致使大气中游离氧所占的比重进一步加大，当其浓度占整个大气组成的10％左右时，就逐渐在大气圈的上部形成了有巨大意义的臭氧层。由于臭氧(O3)能强烈吸收来自宇宙的紫外线，阻挡了致生命于死地的紫外线大量到达地表面，为水生生物向陆地的发展创造了一种基本条件，因此在大约4亿年前的泥盆纪，终于实现了生物从海到陆的飞跃。从此时起，由植物、动物、微生物所共同组成的生物界，才549能遍布全球，名副其实地形成一个连续的圈层。
现在氧在大气中所占的比例，基本上保持一个常数。一年中，1公顷年轻的、生长茁壮的森林，将产生10吨氧气并消耗30吨二氧化碳。每200万年左右，地球上就有15亿立方公里的水，被绿色植物的光合作用所裂解并为呼吸作用再形成。裂解后形成的氧暂时存留于大气中，大约相当于2000年的时间，它本身再循环一次。
地球上生物圈的垂直幅度，大约从最深的海洋(超过11000米)到达高出海平面以上9000米的距离之内。科学家们已于海平面以下7000米处发现有鱼类；在海洋深度达6000米处，每立方米海水中的浮游生物量仍有4.5毫克。根据水生生物的考察，在超过10000米海深的底部(如菲律宾深海沟)，每一克湿泥中仍含有10万个细菌甚至达到100万个细菌。而在地表以上海拔9000米的地方，也发现了细菌和真菌的孢子，在大气中飘浮。在距离地表面较远的极为恶劣的环境条件下，只有这种极原始的低等生物才能存活，而生物物质总量中的绝大部分(99.9％)，只能生存于比上述所列范围小得多的薄层内。
生物圈的垂直幅度，如果和地球本身相比，则显得微不足道了。暂且抛开地球的大气层不计在内，仅仅从地球的半径来看，生物圈的厚度也只占一个极小的份额。例如，截止到1966年，据全球的12个地面观测站对13颗人造地球卫星所进行的46500次观测结果，计算出地球的赤道半径值为6378.169±0.008公里，它大约是生物圈厚度的3200倍(生物圈平均厚度以2公里计算)。
为了认识生物圈在地球中的地位，表10-1列出了它与地球其他部分的比较。
另据美国学者埃尔里奇(P.R.Ehrlich)等在1977年的著作，将生物物质的质量与全球其他成分作了一个对比。经笔者稍加计算
整理后，列于表10-2中。
地球上所分布的元素自生命起源以来，一直是在变化的。随着原核生物的发展，在岩石内的元素碳和元素氧，就开始转换到有机物中或大气之中。于是，大气也就逐渐地从一种还原性介质，变成为含氧介质，以支持生命的延续和进化。
非生物物质(岩石圈、水圈和大气圈)中的成分，不同于生物圈中物质的成分，于是有机物不得不从所选择的介质中，萃取有关的各类元素，关于这一点可以参看图10-1，它标出了在岩石圈中所存在的元素成分及浓度，它们是整个有机界得以存在和发展的物质基础，也是衡量一个区域空间内资源丰枯程度的标志。因此在地理环境中，如果研究化学元素的迁移和积累，研究生物地球化学过程等问题时，就必须顾及到岩石圈中这种元素的存在状况。