Het bestaan ​​van bewoonbare buitenaardse werelden is al meer dan een eeuw een steunpilaar van de populaire cultuur. In de 19de eeuw, astronomen geloofden dat marsmannetjes mogelijk via kanalen gebaseerde transportverbindingen zouden gebruiken om de rode planeet te doorkruisen. Nutsvoorzieningen, ondanks het feit dat we in een tijd leven waarin wetenschappers planeten lichtjaren van ons eigen zonnestelsel kunnen bestuderen, het meeste nieuwe onderzoek blijft de kansen verkleinen om andere werelden te vinden waarop mensen zouden kunnen leven. Het grootste struikelblok kan zuurstof zijn - menselijke kolonisten zouden een atmosfeer met veel zuurstof nodig hebben om te ademen.

Dus hoe hadden we zoveel geluk om te evolueren op een planeet met veel zuurstof? De geschiedenis van de oceanen en atmosfeer van de aarde suggereert dat de stijging tot het huidige niveau van O₂ behoorlijk moeilijk was. De huidige consensus is dat de aarde een drietraps stijging van de atmosferische en oceanische zuurstofniveaus onderging, de eerste werd de "Great Oxidation Event" genoemd, ongeveer 2,4 miljard jaar geleden. Daarna kwam het "Neoproterozoic Oxygenation Event" ongeveer 800 miljoen jaar geleden, en dan tenslotte het "Paleozoïsche zuurstofgebeurtenis" ongeveer 400 miljoen jaar geleden, toen de zuurstofniveaus op aarde hun moderne piek van 21% bereikten.

Wat er tijdens deze drie perioden gebeurde om het zuurstofgehalte te verhogen, staat ter discussie. Een idee is dat nieuwe organismen de planeet "bio-engineered" hebben, de atmosfeer en de oceanen herstructureren via hun metabolisme of hun levensstijl. Bijvoorbeeld, de opkomst van landplanten ongeveer 400 miljoen jaar geleden zou de zuurstof in de atmosfeer kunnen hebben verhoogd door fotosynthese op het land, het overnemen van fotosynthetische bacteriën in de oceaan die gedurende het grootste deel van de geschiedenis van de aarde de belangrijkste zuurstofproducenten zijn geweest. Alternatief, plaattektonische veranderingen of gigantische vulkaanuitbarstingen zijn ook in verband gebracht met de zuurstofvoorziening van de aarde.

Deze op gebeurtenissen gebaseerde geschiedenis van hoe zuurstof zo overvloedig op aarde kwam, impliceert dat we heel veel geluk hebben om op een zuurstofrijke wereld te leven. Als er niet één vulkaanuitbarsting was geweest, of een bepaald type organisme was niet geëvolueerd, dan kan de zuurstof op lage niveaus tot stilstand zijn gekomen. Maar ons laatste onderzoek suggereert dat dit niet het geval is. We hebben een computermodel gemaakt van de koolstof van de aarde, zuurstof- en fosforcycli en ontdekte dat de zuurstofovergangen kunnen worden verklaard door de inherente dynamiek van onze planeet en waarschijnlijk geen wonderbaarlijke gebeurtenissen vereisten.

Fosfor—de ontbrekende schakel

Een ding waarvan we denken dat het ontbreekt in theorieën over de zuurstofvoorziening van de aarde, is fosfor. Deze voedingsstof is erg belangrijk voor fotosynthetische bacteriën en algen in de oceaan. Hoeveel marien fosfor er is, zal uiteindelijk bepalen hoeveel zuurstof er op aarde wordt geproduceerd. Dit geldt vandaag nog steeds - en dat is zo sinds de evolutie van fotosynthetische microben zo'n drie miljard jaar geleden.

Fotosynthese in de oceaan is afhankelijk van fosfor, maar hoge fosfaatniveaus stimuleren ook het zuurstofverbruik in de diepe oceaan via een proces dat eutrofiëring wordt genoemd. Wanneer fotosynthetische microben sterven, ze ontbinden, die zuurstof uit het water verbruikt. Als het zuurstofgehalte daalt, sedimenten hebben de neiging om nog meer fosfor af te geven. Deze feedbacklus verwijdert snel zuurstof. Dit betekende dat het zuurstofgehalte in de oceanen snel kon veranderen, maar ze werden over lange tijdschalen gebufferd door een ander proces waarbij de aardmantel betrokken was.

Gedurende de hele geschiedenis van de aarde, vulkanische activiteit heeft gassen vrijgemaakt die reageren met en zuurstof uit de atmosfeer verwijderen. Deze gasstromen zijn in de loop van de tijd afgenomen door de afkoeling van de aardmantel, en ons computermodel suggereert dat deze langzame vermindering samen met de initiële evolutie van het fotosynthetische leven alles was wat nodig was om een ​​reeks stapsgewijze verhogingen van het zuurstofniveau te produceren.

Deze stapsgewijze verhogingen vertonen een duidelijke gelijkenis met de drietrapsstijging van zuurstof die zich in de geschiedenis van de aarde heeft voorgedaan. Het model ondersteunt ook ons ​​huidige begrip van oceaanoxygenatie, die lijkt te zijn gepaard gegaan met talrijke cycli van oxygenatie en deoxygenatie voordat de oceanen veerkrachtig van zuurstof werden voorzien zoals ze nu zijn.

Wat echt opwindend is aan dit alles, is dat het zuurstofpatroon kan worden gecreëerd zonder dat er moeilijke en complexe evolutionaire sprongen voorwaarts nodig zijn, of indirecte catastrofale vulkanische of tektonische gebeurtenissen. Het lijkt er dus op dat de zuurstofvoorziening van de aarde onontkoombaar was toen de fotosynthese eenmaal was geëvolueerd - en de kans dat werelden met een hoog zuurstofgehalte elders bestaan, zou veel groter kunnen zijn.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.