Il motivo per cui l'atmosfera terrestre ha contenuto così tanto ossigeno da circa due miliardi di anni rispetto alle atmosfere di altri pianeti conosciuti è rimasto a lungo un mistero. I ricercatori dell'Istituto bavarese di ricerca di geochimica e geofisica sperimentale (BGI) dell'Università di Bayreuth hanno recentemente utilizzato esperimenti ad alta pressione per corroborare un sospetto finora non dimostrato:all'inizio della storia geologica, l'alta pressione negli oceani di magma ha innescato processi che hanno portato il mantello superiore della Terra a diventare altamente ossidato. Ciò ha successivamente portato a composti ricchi di ossigeno come anidride carbonica e vapore acqueo che fuoriescono dal mantello nell'atmosfera. Gli scienziati hanno presentato le loro scoperte sulla rivista Scienza .

È noto da tempo che durante la formazione della Terra molti corpi celesti più piccoli, i cosiddetti embrioni planetari e planetoidi, hanno avuto un impatto sulla sua superficie. Enormi quantità di energia sono state rilasciate nel processo, sciogliendo grandi quantità di roccia. Gli oceani di magma caldo si sono formati nel mantello terrestre, estendersi fino a una profondità di 2, 500 chilometri e contenente ferro ossidato Fe ²⁺ ("ferro ferroso"). Gli scienziati di Bayreuth hanno simulato le pressioni che hanno agito su Fe ²⁺ negli oceani di magma in una serie di esperimenti ad alta pressione. Per questo scopo, nei laboratori di BGI sono state generate pressioni di oltre 20 gigapascal. "E' l'equivalente di mettere l'intera massa della Torre Eiffel su un oggetto delle dimensioni di una pallina da golf, "dice Katherine Armstrong, autore principale dello studio, che ha ricevuto il suo dottorato dall'Università di Bayreuth e ora lavora all'Università della California Davis.

In numerose prove sperimentali, Fe ²⁺ -la roccia contenente è stata esposta a pressioni estremamente elevate di magnitudo simile. Si è scoperto che Fe ²⁺ non rimane stabile in queste condizioni:Invece di Fe ²⁺ , i prodotti della corsa alla fine degli esperimenti contenevano una piccola percentuale di ferro non ossidato Fe ⁰ ("ferro metallico") da un lato, e una grande proporzione del ferro più fortemente ossidato Fe ³⁺ ("ferro ferrico") dall'altro. Alla pressione massima raggiunta, Il 96 percento del ferro contenuto nei campioni era Fe ³⁺ .

Questi risultati confermano sperimentalmente per la prima volta l'ipotesi che nella prima storia geologica, grandi quantità di Fe ³⁺ si formarono che rimasero nel mantello superiore dopo il raffreddamento della Terra. Nel frattempo, il ferro non ossidato formatosi negli oceani di magma presto affondò nel nucleo terrestre a causa della sua alta densità. Di conseguenza, il mantello superiore della terra è stato lasciato in uno stato relativamente fortemente ossidato. Non molto al di sotto della superficie terrestre, si svilupparono varie condizioni fisico-chimiche che nel corso di miliardi di anni causarono il rilascio nell'atmosfera terrestre di grandi quantità di composti ricchi di ossigeno, soprattutto anidride carbonica e vapore acqueo, invece dei composti ridotti metano e idrogeno.

"Nel nostro nuovo studio, non sosteniamo che l'alto contenuto di ossigeno dell'atmosfera terrestre rispetto ad altri pianeti sia dovuto esclusivamente ai cambiamenti di alta pressione nel ferro. Ma una cosa sembra essere chiara:questi processi hanno giocato un ruolo importante nel fatto che la Terra fosse circondata da un'atmosfera ricca di ossigeno, " afferma la dott.ssa Catherine McCammon dell'Istituto di ricerca bavarese di geochimica e geofisica sperimentale, che è stato molto coinvolto nella ricerca.