Il pianeta Terra ha alcune qualità davvero impressionanti. (Le recensioni negative, va detto, si concentrano principalmente sul personale e sulla clientela.) In cima alla lista dei vantaggi c'è un'atmosfera riccamente ossigenata, ma non è successo dall'oggi al domani - ci sono voluti un paio di miliardi di anni di evoluzione per creare un mondo adatto alla vita animale come noi.

Gli scienziati hanno molte idee su cosa potrebbe aver causato l'aumento di ossigeno, e sembra che diverse di esse siano probabilmente corrette. La vita fa parte della storia, con la vita fotosintetica che pompa ossigeno. Anche la chimica della Terra solida ha avuto un ruolo, sia supportando la vita fotosintetica sia attraverso reazioni che spostano l'ossigeno tra l'atmosfera e le rocce profonde all'interno del pianeta.

Un nuovo studio guidato da Wei Shi della Chengdu University of Technology suggerisce che le prove dei cambiamenti nella subduzione - il processo con cui le placche tettoniche scompaiono all'interno della Terra - coincidono con i tempi dei salti di ossigeno. La Terra si è gradualmente raffreddata nel tempo, e gli scarsi resti della sua storia più antica mostrano che i principali processi geologici si sono evoluti parecchio di conseguenza. All'inizio, la roccia superficiale fredda e densa sarebbe sprofondata attraverso la roccia del mantello caldo in modi che assomigliano poco alla moderna tettonica a placche. I continenti intorno a noi sono progetti di costruzione lunghi 4,5 miliardi di anni, quindi è necessaria immaginazione per immaginare cosa fosse presente all'inizio.

Non è stata un'evoluzione lineare e fluida - sembrano esserci punti di transizione in quella storia geologica. Anche l'ossigenazione dell'atmosfera terrestre non è stata lineare. È iniziata con un salto durante il Grande Evento di Ossigenazione circa 2,4-2,0 miliardi di anni fa, poi si è fermata fino a riprendere tra 800 e 500 milioni di anni fa. Un terzo aumento tra 450 e 250 milioni di anni fa ci ha portato ai livelli moderni di ossigeno.

L'idea del team di ricerca era che i cambiamenti nella subduzione potessero aver influenzato l'ossigeno atmosferico controllando quanto carbonio e zolfo - entrambi amano legarsi con l'ossigeno - venivano trasportati nell'interno profondo. Quando il mantello è più caldo, carbonio e zolfo non arrivano molto lontano con la roccia subdotta; vengono rilasciati nel mantello superficiale e possono presto tornare attraverso i vulcani, pronti a catturare qualsiasi molecola di ossigeno coraggiosa. Il contrario è che una placca che si tuffa in un mantello più freddo trattiene più zolfo e carbonio.

Nei siti in cui la roccia subdotta torna in superficie, i minerali e la chimica sottile al loro interno ci dicono delle temperature e pressioni che hanno sperimentato. Confrontando questi dati, il team ha compilato un quadro ampio della storia della subduzione. Se l'ipotesi è valida, ci si aspetterebbe una subduzione a temperatura più bassa contemporaneamente agli aumenti di ossigeno atmosferico.

I dati sembrano effettivamente coincidere. La subduzione a temperatura più bassa si manifesta tra 2,2 e 1,8 miliardi di anni fa e poi, dopo una pausa, domina negli ultimi 800 milioni di anni. Quel periodo precedente corrisponde al Grande Evento di Ossigenazione iniziale; il periodo più recente copre il secondo e terzo salto di ossigeno. (Il periodo intermedio è noto in geologia come il "Noioso Miliardo" perché... non sembra sia successo molto.) Eseguendo questa storia attraverso un modello chimico di base, i ricercatori hanno scoperto di poter riprodurre approssimativamente la cronologia dell'ossigenazione.

L'inizio della storia, dicono, potrebbe essere l'assemblaggio di un antico supercontinente chiamato Columbia. Con la terra sopra il livello del mare, l'erosione potrebbe fornire abbastanza nutrienti agli oceani per sostenere una grande quantità di cianobatteri fotosintetici - visibili nelle rocce sedimentarie del fondale marino ricche di carbonio organico. La rottura della Columbia si allinea con i primi segni di subduzione a temperatura più bassa, che avrebbe permesso a più carbonio organico e carbonato di essere subdotti in profondità nel mantello.

Poi venne il Noioso Miliardo, quando anche la convezione del mantello e il movimento delle placche tettoniche sembrano essere stati lenti. Ma dopo, la formazione e la rottura di Gondwana e Pangea ci hanno spostato verso una mappa tettonica