4,5 миллиарда лет назад Земля была планетой с расплавленной мантией и поверхностью, почти полностью покрытой магмой. Ее атмосфера была заполнена углекислым газом, количество которого в 100 тысяч раз больше современного уровня, а температура поверхности превышала 204 градуса по Цельсию.

Многочисленные геологические записи свидетельствуют о том, что в первую геологическую эпоху между 4,5 и 4 миллиардами лет назад, окружающая среда на поверхности Земли уже была похожа на современную. Для превращения в пригодную для жизни планету, должны были быть выполнены очень специфические условия.

Чтобы представить себе возможность появления жизни во враждебном «шаре магмы», которым была наша планета, американские исследователи предполагают, что большая часть атмосферного углерода должна была быть уничтожена очень быстро. Так как не существует сохранившихся образцов горных пород ранней Земли, группа исследователей разработала целую экспериментальную модель для проверки своей теории. Затем они применили точные параметры из термодинамики, механики жидкости и физики атмосферы, чтобы смоделировать условия на нашей планете в середине катархейского периода.

Также ученые предположили, что Земля в то время была покрыта особой горной породой, которой сегодня уже не существует. Эти породы могли сыграть ключевую роль в формировании биологических молекул, в частности, за счет поглощения избытка атмосферного углерода. Так как они являются магматическими, они должны были быть обогащены пироксенами, а также чрезвычайно богаты магнием в таких концентрациях, которые редко наблюдаются в современных породах. Таким образом, они могут вступать в реакцию с CO2 для получения карбонатов — очень эффективного способа связывания атмосферного углерода.

Исследователи также предполагают, что, когда расплавленная Земля начала остывать и затвердевать, ее мантия, увлажненная потоками воды, подвергалась сильным конвекционным движениям. Сочетание влажной мантии и высокомагнезиальных пироксенитов резко ускорило процесс извлечения СО2 из атмосферы. Это явление длилось бы всего 160 миллионов лет, что более чем в 10 раз быстрее, чем с обычной каменной мантией.

Эта химически неоднородная мантия также является источником океанической коры, богатой оливином (первый минерал, кристаллизующийся при остывании магмы), который вступил в реакцию с морской водой и способствовал серпентинизации. 

Такие условия и термохимические реакции в настоящее время можно наблюдать в открытом океане, в частности, в гидротермальном поле Lost City в Атлантике. Абиотическое производство водорода и метана в этих местах сделало их идеальным местом для изучения происхождения жизни на Земле. По мнению авторов исследования, подобные поля должны были существовать в глобальном масштабе, в катархейском морском дне.