След анализ на степента на окисление на желязото в базалтовата лава, която се формира в различни периоди на дъното на океана, американски геохимици проследили историята за насищане на дълбоките части на океана с кислород. Тъй като степента на насищане с кислород на океанските води е пряко свързана с парциалното налягане на кислорода в атмосферата, учените са открили и кога съдържанието на кислород в атмосферата достига съвременното ниво. Това се случило много след възникването на първите животински видове.
Смята се, че в началото на Протерозоя, преди около 2.5-2.2 милиарда години, в атмосферата на Земята за първи път се появил свободен кислород – станала е т.нар кислородна катастрофа. В резултат на това, атмосферата се променила от възстановителна към оксидираща. Преди това, на повърхността на Земята, в атмосферата и във водите на световния океан надделявала безкислородната среда. Кислородът е възникнал в горната част на атмосферата в процеса на фотодисоциация на въглероден диоксид и вода, но практически всичко се изразходвало за окислението на други газове и се абсорбирало от земната кора.
В края на Протерозоя съдържанието на кислород в атмосферата се увеличило бързо с появата в океана на фотосинтезиращи организми. Първоначално и те абсорбирали окисленото желязо, но след това съдържанието на разтвореното желязо в океаните значително намаляло, кислородът започнал да се натрупва в атмосферата и хидросферата на Земята.
Хипотеза за кислородната катастрофа се основава на резултатите от изследването на геохимичните параметри и изотопния състав на утайката, съхраняващи се в шелфа и в континенталния склон ниско под вълновата зона (под 100 м). Резултатите от тези проучвания обаче едва ли могат да бъдат разширени до цялата океанска площ с много по-големи дълбочини.
За да се запълни празнината в знанията за достъпа на кислород до дълбоките части на океана, американските геохимиците Даниел Столпер и Бренин Келър от Университета на Калифорния в Бъркли предложиха геохимични метод, основан на анализ на съотношението на тривалентно желязо към общото съдържание на желязо. Резултатите от проучването са публикувани в списание Nature.
Започвайки с периода на Камбрия (линията между Докамбрия и Фанерозоя) се фиксират стабилно и непрекъснато нарастване на средните нива на Fe + 3 / ΣFe. За ранния Палеозой (541-420 милиона години) този параметър е 0,34; за късния Палеозой (420-252 милиона години) – 0.47; за мезозойско-кайнозоските базалти (по-малко от 252 милиона години) – 0.58. За съвременната базалтова лава изливаща се върху морското дъно е характерна висока степен на окисление на желязото, свързана с циркулацията на кислород в морската вода в горните слоеве на океанската кора.
На границата на Археозоя и Протеозоя безкислородния режим се заменя с кислороден. Основната цел на проучването обаче не била да потвърди общоприетата хипотеза, че по време на целия Докембрийски период средата в океаните е безкислородна и след това става кислородна, а да се определи моментът, в който кислородът в дълбините на океана става достатъчен за бързото развитие на организмите.
