Možná existence obyvatelných exoplanet zaměstnává lidskou mysl už více než sto let. Doposud se nám však nepodařilo najít jedinou obyvatelnou planetu a mezitím stále nové studie znovu a znovu představují skutečnosti, které snižují šance jiných planet na možnou obyvatelnost. Jedním z nejdůležitějších faktorů potenciální obyvatelnosti je přítomnost kyslíku v atmosféře planety vhodné k dýchání. Jak se ale může kyslík akumulovat v atmosférách exoplanet?
Abychom na tuto otázku odpověděli, stojí za to se blíže podívat na vývoj zemské atmosféry. Podle moderních konceptů došlo ke zvýšení koncentrace kyslíku v atmosféře planety ve třech fázích, počínaje událostí známou jako „kyslíková katastrofa“(před 2,4 miliardami let), po níž následovaly podobné události v neoproterozoiku (800 milionů let před) a paleozoikum (před 400 miliony let), načež atmosféra dosáhla své současné úrovně kyslíku 21 procent.
Takovéto náhlé obohacení zemské atmosféry kyslíkem by mohlo souviset například s šířením fotosyntetických suchozemských rostlin nebo s obřími sopečnými erupcemi. Tento scénář tedy spojuje zvýšení koncentrace kyslíku s náhodnými událostmi. Pokud by se na pevnině najednou neobjevil určitý druh fotosyntetických rostlin nebo by nevybuchly konkrétní sopky, kyslík by se v atmosféře možná neobjevil.
Na rozdíl od tohoto úhlu pohledu nový numerický model vytvořený vědci vedenými Lewisem J. Alcottem ukazuje, že vzhledem k cyklům uhlíku, kyslíku a fosforu na Zemi lze zvýšení koncentrace kyslíku vysvětlit vnitřní dynamikou planety a nevyžaduje „zázračné“události.
Například studium cyklu fosforu pomohlo týmu určit jeho vztah k kyslíku v atmosféře. Fosfor hraje důležitou roli v životě oceánských řas. Množství fosforu v oceánu dnes určuje množství kyslíku v atmosféře - a stejná situace se podle autorů práce odehrála dříve v historii Země.
Rostliny v oceánu vyžadují pro fotosyntézu fosfor, ale vysoké hladiny fosfátů zvyšují spotřebu kyslíku ve velkých hloubkách v důsledku eutrofizačního procesu. Když fotosyntetické organismy zemřou, rozkládají se a také spotřebovávají kyslík z vody. Když hladina kyslíku klesne, z materiálu uloženého na dně se uvolní další fosfor. V důsledku této smyčky zpětné vazby kyslík rychle zmizí. To znamená, že hladina kyslíku mohla v zemské atmosféře rychle klesnout, ale ve skutečnosti pomalu klesala v důsledku jiného procesu spojeného se zemským pláštěm.
V celé historii Země probíhala vulkanická aktivita, která se vlivem ochlazování pláště postupně snižovala a podle počítačového modelu Olcotta a jeho kolegů právě tento faktor mohl určit postupnou akumulaci kyslíku v zemská atmosféra.
Výzkum je publikován v časopise Science.