一個多世紀以來，可居住的外星世界一直是流行文化的支柱。在19世紀，天文學家認為火星人可能會使用基于運河的運輸聯(lián)系來穿越紅色星球?，F(xiàn)在，盡管生活在一個科學家可以從我們自己的太陽系研究行星光年的時代，但大多數(shù)新研究仍在減少尋找其他人類可以賴以生存的世界的機會。最大的絆腳石可能是氧氣-人類定居者需要在高氧氣氣氛中呼吸。

那么，我們?nèi)绾稳绱诵疫\地在充滿氧氣的星球上進化呢?地球海洋和大氣層的歷史表明，要使O 2達到當今的水平非常困難。目前的共識是地球在大氣和海洋中的氧氣水平經(jīng)歷了三步上升，第一個被稱為大約24億年前的“大氧化事件”。之后，大約有8億年前發(fā)生了“新生代充氧事件”，最后是大約4億年前發(fā)生了“古生代充氧事件”，當時地球上的氧氣水平達到了21%的現(xiàn)代峰值。

在這三個時期內(nèi)發(fā)生的增加氧氣水平的事情尚有爭議。一種想法是，新生物對地球進行“生物工程化”，通過其新陳代謝或生活方式來改變大氣層和海洋。例如，大約4億年前陸地植物的崛起可能通過陸上的光合作用增加了大氣中的氧氣，從而取代了海洋中的光合作用細菌，而海洋中的光合細菌一直是地球歷史上最主要的氧氣生產(chǎn)者。另外，板塊構(gòu)造的變化或巨大的火山噴發(fā)也與地球的充氧事件有關(guān)。

氧在地球上如此豐富的基于事件的歷史表明，我們很幸運能夠生活在一個高氧世界中。如果沒有發(fā)生一次火山噴發(fā)，或者沒有進化出某種類型的生物，那么氧氣可能停滯在低水平。但是我們的最新研究表明事實并非如此。我們創(chuàng)建了一個地球碳，氧和磷循環(huán)的計算機模型，發(fā)現(xiàn)氧的躍遷可以用我們星球的固有動力學來解釋，并且可能不需要任何奇跡般的事件。

我們認為關(guān)于地球氧合作用的理論缺少的一件事是磷。這種營養(yǎng)對于海洋中的光合作用細菌和藻類非常重要。到底有多少海洋磷將最終控制地球上產(chǎn)生多少氧氣。直到今天，這仍然是正確的-自30億年前光合微生物的進化以來，情況就是如此。

光合作用在海洋中依賴于磷，但高磷酸鹽含量也帶動氧氣的消耗量在深海大洋通過一個叫做富營養(yǎng)化進程。當光合微生物死亡時，它們分解，這消耗了水中的氧氣。隨著氧氣含量的下降，沉積物往往會釋放出更多的磷。該反饋回路可快速去除氧氣。這意味著海洋中的氧氣水平可以快速變化，但是它們在很長的時間范圍內(nèi)受到涉及地球地幔的另一個過程的緩沖。