В конце архея на Земле произошло радикальное изменение состава атмосферы, что существенно отразилось на дальнейшем развитии планеты. До этого момента воздух состоял преимущественно из углекислого газа, метана и аммиака. В океанах также отсутствовал свободный кислород. В таких условиях преобладали простые анаэробные организмы.

Изменение обстановки началось с развитием фотосинтетиков, первыми из которых стали цианобактерии. Концентрация кислорода в атмосфере не возросла мгновенно вследствие того, что изначально он расходовался на окисление минералов и горных пород и реакции с вулканическими газами.

Постепенное насыщение атмосферы кислородом происходило в начале протерозоя. Это способствовало изменению геохимии планеты и развитию жизни за счет трансформации условий и создания новых экологических ниш. К тому же в среднем протерозое концентрация кислорода в атмосфере достигла достаточного уровня для образования озонового слоя, обеспечившего защиту поверхности от ультрафиолетового излучения.

Новое исследование, проведенное международной научной группой, было посвящено изучению развития Великого окисления. Суть работы состояла в установлении условий океана того периода на основе изотопного состава морских сланцев из Трансваальской супергруппы в Южной Африке.  Предметом исследования стало соотношение в них стабильных изотопов таллия и прочих чувствительных к окислительно-восстановительным процессам элементов. Это позволило отследить колебания концентрации свободного кислорода в океане, соответствующие эволюции атмосферы.

По результатам установлено, что начальная стадия Кислородной катастрофы проявлялась в виде скачкообразных колебаний концентрации кислорода на протяжении не менее 200 млн лет.

Исходя из полученных данных, ученые пришли к выводу, что за этот период Земля претерпела существенные геологические, химические и биологические изменения, позволившие процессу оксигенации в дальнейшем развиваться стабильно.

По мнению исследователей, колебания концентрации кислорода для атмосферного воздуха и океанической воды были синхронизированы, что отражает взаимосвязь между атмосферой и гидросферой.

В дальнейших исследованиях ученые планируют изучить механизмы, определявшие насыщение Земли кислородом. Они надеются, что в этом поможет развитие геохимических методов вроде изотопного анализа.