Planeta Ziemia ma naprawdę imponujące cechy. (Negatywne recenzje, trzeba przyznać, skupiają się głównie na personelu i klienteli.) Wysoko na liście atutów znajduje się bogata w tlen atmosfera, ale nie stało się to z dnia na dzień – potrzeba było kilku miliardów lat ewolucji, aby stworzyć świat sprzyjający zwierzętom takim jak my.

Naukowcy mają mnóstwo pomysłów na to, co mogło spowodować wzrost ilości tlenu, i wydaje się, że kilka z nich jest prawdopodobnie trafnych. Życie jest częścią tej historii – fotosyntetyzujące organizmy produkują tlen. Chemia stałej Ziemi również odegrała rolę, zarówno poprzez wspieranie życia fotosyntetyzującego, jak i poprzez reakcje, które przenoszą tlen między atmosferą a skałami głęboko we wnętrzu planety.

Nowe badanie prowadzone przez Wei Shi z Chengdu University of Technology sugeruje, że dowody zmian w subdukcji – procesie, w którym płyty tektoniczne znikają we wnętrzu Ziemi – pokrywają się z czasem skoków tlenu. Ziemia stopniowo ochładzała się z czasem, a skąpe pozostałości jej najwcześniejszej historii pokazują, że główne procesy geologiczne ewoluowały w wyniku tego dość znacząco. Na początku zimne, gęste skały powierzchniowe tonęłyby w gorącym płaszczu w sposób mało przypominający współczesną tektonikę płyt. Otaczające nas kontynenty to 4,5-miliardowe projekty budowlane, więc potrzeba wyobraźni, aby wyobrazić sobie, co istniało na początku.

Nie była to gładka, liniowa ewolucja – wydaje się, że w tej historii geologicznej istnieją punkty przejściowe. Natlenienie atmosfery Ziemi również nie było liniowe. Zaczęło się od skoku podczas Wielkiego Zdarzenia Natlenienia około 2,4 do 2,0 miliarda lat temu, potem zatrzymało się, aż do wznowienia między 800 a 500 milionami lat temu. Trzeci wzrost między 450 a 250 milionami lat temu doprowadził nas do współczesnego poziomu tlenu.

Pomysł zespołu badawczego polegał na tym, że zmiany w subdukcji mogły wpływać na tlen atmosferyczny poprzez kontrolowanie ilości węgla i siarki – które uwielbiają wiązać się z tlenem – przenoszonych w głąb wnętrza. Gdy płaszcz jest gorętszy, węgiel i siarka nie docierają zbyt daleko w dół z subdukowaną skałą; są uwalniane do płytkiego płaszcza i mogą wkrótce wrócić przez wulkany, gotowe do wyłapania każdego dzielnego cząsteczki tlenu. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy płyta zanurzająca się w chłodniejszym płaszczu zatrzymuje więcej siarki i węgla.

Na stanowiskach, gdzie subdukowane skały znajdują drogę powrotną na powierzchnię, minerały i subtelna chemia wewnątrz nich mówią nam o temperaturach i ciśnieniach, jakich doświadczyły. Porównując te dane, zespół opracował szeroki obraz historii subdukcji. Jeśli hipoteza jest słuszna, można by oczekiwać subdukcji w niższej temperaturze w tym samym czasie, co wzrost tlenu atmosferycznego.

Dane wydają się pokrywać. Subdukcja w niższej temperaturze pojawia się między 2,2 a 1,8 miliarda lat temu, a następnie, po przerwie, dominuje przez ostatnie 800 milionów lat. Ten wcześniejszy okres odpowiada początkowemu Wielkiemu Zdarzeniu Natlenienia; nowszy okres obejmuje drugi i trzeci skok tlenu. (Czas pomiędzy znany jest w geologii jako „Nudny Miliard”, ponieważ… niewiele się działo.) Przepuszczając tę historię przez podstawowy model chemiczny, badacze odkryli, że mogą z grubsza odtworzyć oś czasu natlenienia.

Początek historii, jak mówią, może być związany z powstaniem wczesnego superkontynentu zwanego Kolumbią. Gdy ląd znajdował się nad poziomem morza, erozja mogła dostarczyć wystarczającą ilość składników odżywczych do oceanów, aby wesprzeć dużą ilość fotosyntetyzujących cyjanobakterii – widocznych w osadowych skałach dna morskiego bogatych w węgiel organiczny. Rozpad Kolumbii zbiega się z pierwszymi oznakami subdukcji w niższej temperaturze, co umożliwiło subdukcję większej ilości węgla organicznego i węglanów głęboko w płaszcz.

Potem nadszedł Nudny Miliard, kiedy nawet konwekcja płaszcza i ruch płyt tektonicznych wydają się być ospałe. Ale potem powstanie i rozpad Gondwany oraz Pangei przesunęły nas w kierunku mapy tektonicznej