科学家敲开十亿年前的盐层，发现了令人震惊的可呼吸的古代地球
14亿年前盐岩晶体中流体包裹体的显微图像，这些晶体保存了古老的空气和盐水。图片来源：Justin Park/RPI
（化石网cnfossil.com）据今日科学新闻：十亿多年前，阳光在现今安大略北部的一个浅湖上闪烁。世界变得更温暖、更安静，几乎认不出来。细菌统治着这个星球。红藻刚刚开始存在。动物、森林和花朵仍是难以想象的未来，等待数亿年。
湖泊本身看起来像现代沙漠盆地，有点像死亡谷。日复一日，在温和的高温下，水源缓缓蒸发。水退去时留下了盐质晶体，即普通岩盐。这场景中没有任何迹象表明这片干涸的湖泊正悄悄准备地球上最非凡的时间胶囊之一。
随着水变稠成盐水，微小的液体和空气囊被困在不断形成的盐晶中。微小的气泡与外界隔绝，保留了湖水样本，更令人惊讶的是，还有悬浮在湖上方的空气。然后沉积物埋藏了这些晶体。星球变了。大陆发生了变化。生命在进化。灭绝来来去去。而这些微观气泡等待了14亿年。
直到现在。
打开通往失落天空的窗户
由伦斯勒理工学院研究生贾斯汀·帕克领导的研究团队，与他的导师摩根·沙勒教授合作，取得了前所未有的成就。他们直接分析了这些古老盐晶体内的气体，实际上将人类对地球大气的直接记录向前延续了大约14亿年。
他们的工作发表在《美国国家科学院院刊》上，将长期以来的科学希望变为现实。几十年来，科学家们知道这些晶体含有古老的空气，但显然在解读这些空气时，技术障碍极大。现在，中元古代大气首次不再仅仅通过间接线索推断。它已经被采样了。
朴说：“打开一个比恐龙还要老十亿年的空气样本，是一种难以置信的感觉。”
这句话承载着这一成就所代表的分量。恐龙大约在6600万年前消失。这些晶体中的空气比它们早了十亿多年。它来自地球本身还在学习如何生存的时代。
听盐的困难
古代空气被困在晶体中的想法听起来很简单。但现实远非如此。每颗卤晶体都包含微小的气泡和液态盐水。氧气和二氧化碳等气体溶解到水中，会扭曲它们的原始比例。一旦溶解，它们的行为就不再像在空气中那样。
多年来，研究人员一直在为这个问题挣扎。他们能看到气泡，但要将古老大气的信号与水的影响分开极其困难。校正气体在空气和液体之间的分离需要早期方法无法达到的精确度。
朴找到了前进的道路。借助沙勒实验室定制的设备，他开发出精确测量和校正这些差异的技术。结果是对气体的清晰读数，这些气体自复杂生命存在之前就未与现代世界交换过。
“贾斯汀获得的二氧化碳测量以前从未有人做过，”沙勒说。“我们从未能以如此准确的角度回望地球历史的这一时代。这些是古代空气的真实样本。”
这句话标志着一个转折点。科学家们首次不再猜测中元古代大气。他们是直接测量的。
一口意外的氧气
结果公布时，带来了惊喜。
中元古代大气中的氧含量约为今天的3.7%。这听起来可能很小，但在地球深远的历史背景下，这个数字异常高。实际上，这个高度足以支持复杂的多细胞动物生命。
然而，动物直到数亿年后才出现。
这一发现挑战了长期以来关于氧气与进化关系的假设。如果氧气已经达到足以支持动物的水平，那么一定有其他因素延迟了它们的出现。
二氧化碳讲述了一个互补的故事。测量显示二氧化碳浓度约为现今的十倍。这种丰富度有助于抵消所谓的微弱年轻太阳，保持地球足够温暖，避免大规模冰川侵袭。换句话说，尽管古代太阳光芒较弱，地球可能拥有与现代气候并无太大差别。
氧气和二氧化碳读数共同描绘出一个比以往认为更动态、更适宜居住的世界图景。
“无聊十亿人”的静谧谜团
中元古代纪，大约从16亿到10亿年前，有时被戏称为“无聊的十亿”。它以长时间的表面稳定、低氧水平以及与地球历史上其他戏剧性时期相比进化变化较小而闻名。
朴谨慎强调，盐晶仅捕捉了时间中的一瞬间。
“这可能反映了地质学家戏称为'无聊十亿亿'的漫长时代中一次短暂且短暂的氧合事件，”他说。
这种可能性很重要。如果氧气水平曾暂时上升后又下降，这或许能解释为何复杂生命未能立即繁荣。进化不仅依赖于达到某些阈值，更依赖于维持这些阈值足够长的时间，以供生物创新得以根植。
“尽管名字叫做”，但拥有这一时期的直接观测数据极其重要，因为它帮助我们更好地理解地球上生命的复杂形成，以及我们的大气是如何形成今天的样子的，“帕克说。
“无聊的十亿”可能一点也不无聊。它可能被一些机会的时刻所点缀，短暂的窗口期，让生命能够试验和进步。
无冰气候
在此之前，对中元古代二氧化碳浓度的估计大多是间接的。许多估算显示二氧化碳浓度相对较低。但这些较低的数值制造了一个谜题。地质证据表明，这一时期没有显著的冰川，这与在较暗太阳下低温室气体水平难以调和。
盐晶体的直接测量帮助解决了这一矛盾。高二氧化碳水平，加上盐本身的温度估计，表明气候比预期温和。不是被冰封的世界，而是稳定温和的星球。
在某些方面，这与今天相当。
这很重要，因为气候稳定在进化中起着关键作用。极端环境会抑制生物复杂性，而稳定环境则允许生命多样化并探索新形态。
藻类、氧气与微妙的革命
另一个有趣的部分在于时机。红藻已知起源于地球历史的这一时期。这些生物至今仍是全球氧气生产的重要贡献者。
沙勒认为，晶体中检测到较高的氧气水平可能直接与藻类生命的丰富性和复杂性增加有关。
“我们捕捉到的，可能正是在无聊的十亿美国人中间的一个非常激动人心的时刻，”他说。
如果属实，这些盐晶可能记录了一个转折点，生命开始以有意义的方式悄然重塑大气。不是通过爆炸性多样化或剧烈灭绝，而是通过缓慢而持续的生物活动，逐渐改变了空气中气体的平衡。
为什么这一发现重要
这项研究之所以重要，是因为它改变了我们对地球历史上最不被理解的篇章之一的理解。科学家们首次直接获得了来自一个超过十亿年历史世界的空气样本。不是模特。不是代理。真正的古代大气，被盐封住。
它重要在于它挑战了复杂生命为何花了这么长时间才出现的简单解释。仅靠氧气并不是全部原因。稳定性、时机和坚持可能同样重要。
它的重要性在于它重塑了我们对地球古老气候的看法，暗示了一个比之前认为的更温暖、更稳定的星球，即使在较暗的太阳下也是如此。
这很重要，因为它显示了地球仍有许多要教给我们的东西。微小的水晶，形成于被遗忘的湖泊中，传递着穿越深远时空的信息。它们告诉我们，地球走向复杂性的道路并非一帆风顺，也并非不可避免。它由充满可能性的时刻、短暂的化学和气候对齐，以及漫长的等待期塑造。
通过仔细聆听被困14亿年的空气，科学家们不仅了解了过去，还了解了造就我们现在的微妙条件。
更多信息：Justin G. Park 等人，《为无聊的十亿注入生命：14 Ga流体包裹体的直接约束揭示了公平气候和含氧大气》，《美国国家科学院院刊》（2025年）。DOI：10.1073/pnas.2513030122
