大约 27 亿年前，在今天南非普列斯卡附近的奥姆德拉艾斯维莱农场，一场短暂的暴雨降落在最近火山爆发留下的一层新火山灰上（类似于2010 年冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发产生的火山灰），形成了微小的陨石坑。随后，更多的火山灰掩埋了这些陨石坑，并在漫长的岁月中硬化成被称为凝灰岩的岩石。更接近现代的时候，其他暴雨侵蚀了上覆的凝灰岩，从而暴露了太古代雨滴的化石记录，现在可能已经揭示了早期地球大气层的密度。
通过激光扫描古代雨滴形成的陨石坑——并将这些凹痕与今天洒在类似火山灰层上的水滴形成的凹痕进行比较——华盛顿大学西雅图分校的物理学家桑乔伊·索姆和他的同事们推导出了原始大气层施加压力的测量结果。科学家们在 3 月 29 日的《自然》杂志上报告说，古代空气的密度不可能比现在的大气层大多少——事实上，可能要小得多。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
索姆解释说：“27 亿年前的气压最多是目前水平的两倍，而且更可能不高于目前水平。” 这一判断的关键是雨滴的大小。早在 1851 年，先驱地质学家查尔斯·莱尔就提出，测量雨滴的化石凹痕可能会揭示关于古代大气层的细节。这些微型陨石坑的形成取决于古代雨滴的大小和速度。由于大气层会对每个雨滴产生阻力，从而根据雨滴的大小限制其下降速度，因此如果能够确定古代雨滴的大小，就可以确定大气层可能有多厚。
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索姆指出，现代测量到的最大雨滴直径为 6.8 毫米左右，这也是理论极限；更大的雨滴会破碎。由于物理定律在遥远的过去可能也是相同的，这表明太古代的雨滴不会更大，并且对古代雨滴的大小设定了上限。限制古代雨滴可能有多大。此外，这种雨滴在现代暴雨中极其罕见，并且往往会以倾盆大雨的形式落下，而在太古代，倾盆大雨更有可能冲走火山灰，而不是形成可以化石化的陨石坑。
为了确定古代雨滴的大小，索姆和他的同事们将化石印记与他们从 27 米高空释放不同大小的液滴到取自 2010 年冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发和夏威夷的类似火山灰上时形成的陨石坑进行了比较。然后，他们使用“发胶和低粘度液体聚氨酯塑料”将这些现代陨石坑变成“岩石”。根据比较，他们得出结论，古代液滴的大小在 3.8 毫米到 5.3 毫米之间。
将这些数字代入雨滴大小、速度和大气密度之间的数学关系，表明早期地球的大气层施加的压力最多是今天大气层的两倍——假设最大尺寸和速度的雨滴形成了陨石坑——更有可能大致相同，甚至只有现在压力的一半。
更好地了解太古代地球大气层的特性可能有助于解释所谓的“暗淡太阳悖论”。数十亿年前，太阳辐射较少，约为目前输出的 85%，因此加热地球的程度也较低。然而，化石记录表明存在丰富的液态水以及其他温暖、“宜人”气候的迹象，正如索姆及其同事在分析中指出的那样。对此最简单的解释是地球的大气层中充满了温室气体。索姆说，除了太阳当时穿过天空的速度更快（因为地球自转速度更快）之外，“天空可能因气体而变得朦胧”。此外，大气层中缺乏大量的氧气（因为没有植物），这可能会减轻大气压力。“当时的地球看起来与今天截然不同。”
与这项新计算提出的情景一致的是，3 月 18 日发表在《自然地球科学》杂志上的研究表明，早期大气层经历了“碳氢雾霾”时期的循环，其中包括甲烷等温室气体，甲烷如今更广为人知的是天然气。这种碳氢雾霾——有可能在今天被重新创造——有助于捕获暗淡的年轻太阳的热量，使地球变暖。
索姆认为，这解释了宜人的地球——高浓度的更强温室气体，例如甲烷。“我们的工作表明，正是温室气体使地球保持温暖，”索姆说，这是一个在现代仍在进行的过程。
当然，这一判断依赖于一个假设——基于当时地质记录中缺乏冰的证据，27 亿年前的平均气温约为 20 摄氏度。“这可能是一种保存偏差，”索姆承认。
然而，清晰地保存下来的是古代雨的化石印记。这一记录进一步证实，与今天的地球相比，早期地球本质上是一个外星世界——一个没有植物生命的星球；月球轨道更近，驱动更强的潮汐；以及非常不同的大气层。“然而，它非常有活力，”索姆指出，拥有丰富的微生物生命，包括光合细菌，现代植物生命的祖先，距离将氧气注入大气层仅有几亿年的时间。更好地了解这个星球的原始大气层可能有助于科学家识别其他星球上的生命——并更好地理解温室气体的影响力。