Атмосфера с кислород може да се среща доста често във Вселената

Въпреки че живеем в епоха, в която учените могат да изучават планети намиращи се на светлинни години от нашата Слънчева система, повечето изследвания са песимистични за наличието на извънземен живот и непрекъснато намаляват шансовете за намиране на други светове, на които хората биха могли да живеят. Най-големият препъни камък според анализите е кислородът – човешките заселници ще се нуждаят от атмосфера с високо съдържание на кислород, в която да дишат.

Как сме били такива късметлии, че нашият вид се развива на планета с много кислород? Историята на земните океани и атмосфера показва, че покачването до днешните равнища на О₂ е било доста трудно и продължително. Настоящият консенсус е, че Земята е претърпяла три стъпаловидни повишавания на нивата на атмосферния и океанския кислород.

Първото е наречено „Голямото събитие на оксигенация“( процес на прибавяне на кислород към физична или химична среда) и е станало преди около 2,4 милиарда години. След това идва „събитието на неопротерозойска оксигенация“ преди около 800 милиона години, а след това е „събитието на палеозойската оксигенация“ преди около 400 милиона години, когато нивата на кислород на Земята достигат съвременния си пик от около 21%.

Какво се е случило през тези три периода за да се повишат нивата на кислород не е установено категорично и е въпрос на дебати. Една от идеите е, че новите организми са причина за този нов „биоинженеринг“ на Земята, като преструктурират атмосферата и океаните чрез метаболизма си или чрез начина си на живот. Например, повишаването на обемите на растенията преди около 400 милиона години може да е увеличило кислорода в атмосферата чрез фотосинтеза, която повишава ефекта от фотосинтезиращите бактерии в океана, които дотогава са били основните производители на кислород в по-голямата част от историята на Земята. Алтернативно, тектонските промени в плочата или гигантските вулканични изригвания също са свързани със събитията на оксигенация на Земята.

Събитията допринесли за това, кислородът да стане толкова изобилен на Земята, предполагат, че хората имат много късмет да живеят в свят с високо съдържание на кислород. Ако не се е случило дадено изригване на вулкан или не са се развили определени типове организми, тогава кислородът би останал на ниски нива.

Нови изследвания обаче сочат, че не всичко е просто късмет. Учени са създали компютърен модел на цикъла на въглерод, кислород и фосфор на Земята, чрез който установяват, че кислородните преходи могат да бъдат обяснени с присъщата динамика на нашата планета и вероятно не са изисквали някакви чудодейни събития.

Едно нещо, което според новото изследване липсва в теориите за оксигенацията на Земята, е фосфорът. Това хранително вещество е много важно за фотосинтетичните бактерии и водорасли в океана. Количеството морски фосфор в крайна сметка ще контролира колко кислород се произвежда на Земята. Това важи и до днес и е така от еволюцията на фотосинтетичните микроби преди около три милиарда години.

Фотосинтезата в океана зависи от фосфора, но високите нива на фосфати също водят до консумация на кислород в дълбокия океан чрез процес, наречен еутрофикация. Когато фотосинтезиращите микроби умират, те се разлагат, което изразходва кислород от водата. С намаляването на нивата на кислорода утайките са склонни да отделят още повече фосфор. Този контур за обратна връзка бързо унищожава кислорода. Това означава, че нивата на кислород в океаните са се променяли бързо, но този процес е бил ограничаван в дълъг период от време от друг процес, включващ земната мантия.

През цялата история на Земята вулканичната активност отделя газове, които реагират и отстраняват кислорода от атмосферата. Тези газови потоци отшумяват с течение на времето поради охлаждането на мантията на Земята и компютърният модел предполага, че това бавно намаляване, заедно с първоначалната еволюция на фотосинтетичния живот е било всичко необходимо, за да се получат серия от стъпаловидни промени в нивата на кислород в земната атмосфера.

Тези стъпаловидни увеличения обясняват повишаването на кислорода в три стъпки, случили се в земната история. Моделът също така подкрепя разбирането за оксигенация в океана, което изглежда включва многобройни цикли на оксигенация и дезоксигениране, преди океаните да имат устойчиво количество кислород, каквото е днес.

Това, което е наистина вълнуващо в изследването е, че то показва, че моделът на оксигенация може да бъде създаден без нужда от трудни и сложни еволюционни скокове напред или косвени катастрофални вулканични или тектонски събития. Така изглежда, че оксигенацията на Земята може да е била неизбежна, след като фотосинтезата се развива. А това показва, че шансовете за съществуване на други кислородни светове могат да бъдат много по-големи.