Forskning har avslöjat viktiga nya insikter om utvecklingen av syre, kol och andra vitala element under hela jordens historia – och det kan hjälpa till att bedöma vilka andra planeter som kan utveckla liv, allt från växter till djur och människor.

Studien, publicerad idag i Nature Geoscience och ledd av en forskare vid University of Bristol, avslöjar för första gången hur uppbyggnaden av kolrika stenar har påskyndat syreproduktionen och dess utsläpp i atmosfären. Hittills har den exakta karaktären på hur atmosfären blev syrerik länge gäckat forskarna och genererat motstridiga förklaringar.

Eftersom koldioxid ständigt släpps ut av vulkaner, hamnar den i havet och bildar stenar som kalksten. När globala lager av dessa bergarter byggs upp kan de sedan frigöra sitt kol under tektoniska processer, inklusive bergsbyggnad och metamorfos.

Med hjälp av denna kunskap byggde forskarna en unik sofistikerad datormodell för att mer exakt kartlägga viktiga förändringar i kol-, närings- och syrecyklerna djupt in i jordens historia, över 4 miljarder år av planetens livstid.

Huvudförfattaren och biogeokemisten Dr. Lewis Alcott, lektor i geovetenskaper vid University of Bristol, sa:"Det här genombrottet är viktigt och spännande eftersom det kan hjälpa oss att förstå hur andra planeter än jorden har potential att stödja intelligenta, syre- andas liv.

"Tidigare hade vi inte en klar uppfattning om varför syre steg från mycket låga koncentrationer till dagens koncentrationer, eftersom datormodeller tidigare inte har kunnat exakt simulera alla möjliga återkopplingar tillsammans. Detta har förbryllat forskare i decennier och skapat olika teorier."

Upptäckten indikerar att äldre planeter, som har sitt ursprung för miljarder år sedan som jorden, kan ha bättre förutsättningar att samla tillräckligt med kolrika avlagringar i sin skorpa, vilket skulle kunna underlätta snabb återvinning av kol och näringsämnen för livet.

Resultaten visade att denna gradvisa kolanrikning av jordskorpan resulterar i ständigt ökande återvinningshastigheter av kol och olika mineraler, inklusive de näringsämnen som behövs för fotosyntes, processen gröna växter använder solljus för att absorbera näringsämnen från koldioxid och vatten. Denna cykel påskyndar därför stadigt syreproduktionen under jordens historia.

Forskningen, som startade medan Dr. Alcott var Hutchinson postdoktor vid Yale University i USA, banar väg för framtida arbete för att ytterligare reda ut det komplexa inbördes sambandet mellan planetarisk temperatur, syre och näringsämnen.

Medförfattare Prof. Benjamin Mills, professor i Earth System Evolution vid University of Leeds, sa:"Vi har massor av information om avlägsna stjärnor och storleken på planeterna som kretsar kring dem. Snart kan detta användas för att göra en förutsägelse av planetens potentiella kemi, och nya framsteg inom teleskopteknik borde låta oss veta om vi har rätt."

Mer information: Ansamling av jordskorpans karbonat som en drivkraft för jordens syresättning, Naturgeovetenskap (2024). dx.doi.org/10.1038/s41561-024-01417-1

Journalinformation: Naturgeovetenskap

Tillhandahålls av University of Bristol