揭秘24億年前地球：出現(xiàn)人類就是個奇跡

約24億年前，地球大氣中充滿了有毒氣體，地表溫度極不穩(wěn)定，不適宜任何生物存活。地球是如何演化出溫和的氣候和可供呼吸的空氣的？這一直是地球科學(xué)致力解決的根本性問題。

根據(jù)一篇最新研究論文中的描述，24億年前的地球大氣中充滿了濃濃的“甲烷霧”。從NASA卡西尼號探測器2013年拍攝的照片來看，這與土衛(wèi)六的情景十分相似。

由美國馬里蘭大學(xué)、英國圣安德魯斯大學(xué)、NASA噴氣推進實驗室、英國利茲大學(xué)和藍色大理石空間科學(xué)研究所共同開展的最新研究指出，在長達一百萬年的時間里，地球大氣中一度富含甲烷。大量氫氣因此被擠出大氣層，為氧氣的出現(xiàn)預(yù)留了足夠空間。這一轉(zhuǎn)變使大氣層接近了今天的模樣。

該團隊為24億年前使地球大氣氧氣濃度升高一萬倍的的“大氧化事件”提出了新的解釋。“從地質(zhì)演變角度來看，地球大氣從毒氣向富含氧氣的轉(zhuǎn)變幾乎發(fā)生在瞬息之間。”該研究共同作者、馬里蘭大學(xué)地質(zhì)學(xué)教授詹姆斯·法夸爾指出，“通過此次研究，我們終于弄清了甲烷在這一過程中起到的作用。”

研究人員利用詳細的化學(xué)記錄與復(fù)雜的大氣模型，再現(xiàn)了大氧化事件發(fā)生前不久的地球大氣。結(jié)果顯示，當時地球上唯一的生命古細菌釋放出大量甲烷，濃濃的“甲烷霧”充滿了整個大氣層，與如今的土衛(wèi)六大氣層十分接近。

本次研究中的多名科學(xué)家此前也參與了其它研究，并發(fā)現(xiàn)地球歷史早期出現(xiàn)過好幾次類似事件。但此次研究首次闡明了這些事件的發(fā)展速度與持續(xù)時間。

“若甲烷含量較高，阻擋氧氣集聚的氫氣就會被擠出大氣層、進入外太空，為氧氣的聚集騰出空間。”該研究共同作者、圣安德魯斯大學(xué)生物地質(zhì)化學(xué)家奧布麗·澤爾克指出，“我們的最新數(shù)據(jù)庫中囊括了迄今為止太古代大氣化學(xué)成分的最清晰記錄，充分描繪了大氧化事件發(fā)生前的地表狀況。”

這層“甲烷霧”約持續(xù)了一百萬年。從大氣層中逃逸的氫氣足夠多時，便形成了合適的化學(xué)條件，氧氣含量大幅上升，多細胞生物也就此開始演變。在分析過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)從該時期起，地質(zhì)化學(xué)記錄中的硫同位素含量顯示出異常規(guī)律，這成為了分析的關(guān)鍵點。

硫同位素常用來模擬遠古時期的大氣狀況，但此前針對該時期的研究并未發(fā)現(xiàn)任何反常之處。“再現(xiàn)大氣化學(xué)成分的演變過程一直是地質(zhì)化學(xué)研究的重點。”該研究主要作者、麻省理工大學(xué)博士后研究院加雷斯·伊松指出，“我們的最新數(shù)據(jù)顯示，大氣的化學(xué)成分不斷變化，并且在大氧化事件即將發(fā)生時，極易受生物活動的影響。”