被困在水晶中的微小水滴和微小氣泡提供了14億年來(lái)地球大氣的完美記錄。

十億多年前，在如今的加拿大，一個(gè)亞熱帶淺水湖泊在溫和的陽(yáng)光下慢慢消失，留下了一處由巖鹽晶體組成的鹽層墓地。在這些棱角分明的晶體中，時(shí)間仿佛靜止。微小的水滴和氣泡被困在"流體包裹體"中，封存了14億年來(lái)地球大氣的完美記錄。

現(xiàn)在，紐約倫斯勒理工學(xué)院的一個(gè)研究小組打開(kāi)了這些"時(shí)間膠囊"。研究生賈斯汀·帕克說(shuō)："打開(kāi)比恐龍還要古老10億年的空氣樣本，這種感覺(jué)真是奇妙。"通過(guò)對(duì)安大略省古代巖鹽晶體中保存的氣體和液體進(jìn)行分析，該團(tuán)隊(duì)將地球大氣歷史的直接記錄延長(zhǎng)了14億年。

來(lái)自遠(yuǎn)古的數(shù)據(jù)

那是一個(gè)由細(xì)菌和最早出現(xiàn)的紅藻主導(dǎo)的時(shí)代。安大略省北部的古老亞熱帶湖泊蒸發(fā)，在鹽晶體中捕獲了微小的氣泡。

這些"流體包裹體"充當(dāng)了微觀時(shí)間膠囊，將14億年前的史前大氣直接記錄封存在沉積層之下。對(duì)這些晶體的檢查提供了直接觀察氣體的機(jī)會(huì)，這些氣體塑造了我們地球的早期氣候以及復(fù)雜生命最終興起的過(guò)程。

雖然科學(xué)家們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到鹽晶中含有遠(yuǎn)古空氣，但這些微小"包裹"中液態(tài)鹽水的存在扭曲了氣體讀數(shù)。像氧氣和二氧化碳這樣的氣體在水中的溶解和反應(yīng)方式與在空氣中不同，這使得獲得"純"大氣測(cè)量結(jié)果幾乎不可能。

然而，利用定制的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，研究人員成功校正了這些化學(xué)相互作用，從而能夠?qū)χ性糯髿膺M(jìn)行直接、準(zhǔn)確的分析。摩根·沙勒教授說(shuō)："賈斯汀獲得的二氧化碳測(cè)量結(jié)果是前所未有的。我們從未能夠以如此精確的程度窺探地球歷史的這個(gè)時(shí)代。這些是真正的遠(yuǎn)古空氣樣本。"

來(lái)自"無(wú)聊的十億年"的呼吸

中元古代（大約18億到8億年前）因其被認(rèn)為是環(huán)境和演化穩(wěn)定的時(shí)期，常被稱為"無(wú)聊的十億年"。

然而，這些發(fā)現(xiàn)表明，這個(gè)時(shí)代可能比以前認(rèn)為的更加動(dòng)態(tài)，可能包含"短暫的氧化事件"。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)時(shí)的氧氣水平是今天濃度的3.7%。

理論上，這足以支持復(fù)雜的多細(xì)胞動(dòng)物生存——盡管這些生物實(shí)際上要再過(guò)8億年才會(huì)出現(xiàn)。此外，二氧化碳水平是今天的十倍，盡管當(dāng)時(shí)太陽(yáng)更暗、更年輕，但溫室效應(yīng)使地球保持溫暖。帕克說(shuō)："這可能反映了地質(zhì)學(xué)家戲稱為'無(wú)聊十億年'的這個(gè)漫長(zhǎng)時(shí)代中，一次短暫而瞬時(shí)的氧化事件。""盡管名稱如此，擁有這個(gè)時(shí)期的直接觀測(cè)數(shù)據(jù)極其重要，因?yàn)樗鼛椭覀兏玫乩斫鈴?fù)雜生命是如何在這個(gè)星球上出現(xiàn)的，以及我們的大氣是如何演變成今天這樣的。"

該團(tuán)隊(duì)對(duì)高二氧化碳水平的發(fā)現(xiàn)解釋了為什么該時(shí)代的氣候保持溫和且無(wú)冰。此外，研究人員將高氧水平與紅藻的出現(xiàn)聯(lián)系起來(lái)。

他們的研究成果已于12月22日發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

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