Planeten Jorden har en del genuint imponerande egenskaper. (Negativa recensioner, måste man säga, fokuserar mest på personalen och klientelet.) Högt upp på listan över fördelar finns en syrerik atmosfär, men det hände inte över en natt – det tog ett par miljarder år av evolution för att skapa en värld som är beboelig för djur som vi.

Forskare har gott om idéer om vad som kan ha orsakat syreökningen, och det verkar som att flera av dem sannolikt är korrekta. Livet är en del av historien, med fotosyntetiskt liv som pumpar ut syre. Den fasta jordens kemi spelade också en roll, både genom att stödja fotosyntetiskt liv och genom reaktioner som skyfflar syre mellan atmosfären och bergarter djupt inne i planeten.

En ny studie ledd av Wei Shi vid Chengdu University of Technology tyder på att bevis på förändringar i subduktion – processen där tektoniska plattor försvinner in i jordens inre – sammanfaller med tidpunkten för syreökningar. Jorden har gradvis svalnat över tiden, och de få resterna av dess tidigaste historia visar att stora geologiska processer förändrades en hel del som ett resultat. Tidigt skulle kall, tät ytbergart ha sjunkit genom het mantelbergart på sätt som inte liknar modern plattektonik. Kontinenterna omkring oss är 4,5 miljarder år långa byggprojekt, så fantasi krävs för att föreställa sig vad som fanns tidigt.

Det var inte en jämn, linjär utveckling – det verkar finnas övergångspunkter i den geologiska historien. Oxygeniseringen av jordens atmosfär var inte heller linjär. Den började med ett hopp under den stora oxygeniseringshändelsen för cirka 2,4 till 2,0 miljarder år sedan, stannade sedan av tills den återupptogs mellan 800 och 500 miljoner år sedan. En tredje ökning mellan 450 och 250 miljoner år sedan förde oss upp till moderna syrenivåer.

Forskningsgruppens idé var att förändringar i subduktion kan ha påverkat atmosfäriskt syre genom att kontrollera hur mycket kol och svavel – som båda älskar att binda till syre – som fördes ner i det inre. När manteln är varmare når kol och svavel inte särskilt långt ner med subdukterad bergart; de frigörs i den grunda manteln och kan snart komma tillbaka via vulkaner, redo att fånga upp alla modiga syremolekyler. Motsatsen är att en platta som dyker ner i svalare mantel håller fast vid mer av sitt svavel och kol.

På platser där subdukterad bergart hittar tillbaka till ytan berättar mineralerna och den subtila kemin inuti dem om temperaturerna och trycken de upplevde. Genom att jämföra dessa data sammanställde teamet en bred bild av subduktionens historia. Om hypotesen håller skulle man förvänta sig lägre temperaturer vid subduktion samtidigt som atmosfäriskt syre ökar.

Data verkar stämma. Lägre temperaturer vid subduktion syns mellan 2,2 och 1,8 miljarder år sedan och sedan, efter ett uppehåll, dominerar de de senaste 800 miljoner åren. Den tidigare perioden matchar den första stora oxygeniseringshändelsen; den senare perioden täcker den andra och tredje syreökningen. (Tiden däremellan är känd inom geologin som den ”tråkiga miljarden” för att… inte mycket verkar ha hänt.) Genom att köra denna historia genom en grundläggande kemisk modell fann forskarna att de grovt kunde återskapa tidslinjen för oxygenisering.

Början på historien, säger de, kan vara sammansättningen av en tidig superkontinent som kallas Columbia. Med land över havsnivån kunde erosion leverera tillräckligt med näringsämnen till haven för att stödja en stor mängd fotosyntetiska cyanobakterier – synliga i havsbottensedimentära bergarter rika på organiskt kol. Upplösningen av Columbia sammanfaller med de första tecknen på lägre temperaturer vid subduktion, vilket skulle ha möjliggjort att mer organiskt kol och karbonat subdukterades djupt ner i manteln.

Sedan kom den tråkiga miljarden, när till och med mantelkonvektion och tektonisk plattrörelse verkar ha varit tröga. Men efter det förde bildandet och upplösningen av Gondwana och Pangaea oss mot en karta över tektonisk pl