大约27亿年前，在今天的南非普里斯卡附近的奥姆德拉艾斯夫雷农场，一场短暂的暴雨降落在最近火山爆发的火山灰层上。雨滴形成了微小的陨石坑，被更多的火山灰掩埋，经过漫长的岁月，火山灰硬化成岩石。在更接近现代的时候，其他的暴雨侵蚀了岩石，暴露了太古代雨滴的化石记录。研究人员现在正在研究这些化石雨滴，以更多地了解早期地球的大气层。
通过使用激光扫描陨石坑——并将凹痕与今天形成的凹痕进行比较——美国宇航局艾姆斯研究中心的天体生物学家桑乔伊·索姆和他的同事们推导出了早期大气层施加的压力的测量值。科学家们在3月28日在线发表在《自然》杂志上的报告中指出，远古时期的大气可能比现在的大气密度要小。
该决定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，测量化石雨滴的凹痕可能会揭示关于古代大气层的细节。大气层拖拽着每一滴雨滴，根据其大小限制其下降速度。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。为了弄清楚古代液滴的大小，索姆和他的同事们发挥了创造力。他们收集了2010年冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山爆发以及夏威夷的火山灰，并从27米的高度释放了各种大小的液滴。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”。通过比较古代和新的陨石坑，他们得出结论，古代液滴的大小范围为3.8至5.3毫米。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
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，早期地球的大气压力可能与现在的大气压力相同或只有现在的一半。
这一发现揭示了另一个早期地球之谜，即所谓的“暗淡太阳悖论”：数十亿年前，太阳辐射较少，因此地球受到的热量也较少，但化石记录表明，当时的气候是温暖的。但是，如果大气层不比现在稠密，它是如何保持如此多的热量的呢？最简单的解释是，地球拥有富含温室气体的大气层，能够捕获大量分子热量。这些气体可能起源于火山和微生物生命。“天空可能因这些气体而变得朦胧，”索姆说。
与这种情况相符的是，3月18日在线发表在《自然·地球科学》上的研究表明，早期大气层经历了“碳氢化合物雾霾”时期，其中包括甲烷等强效温室气体。这种雾霾——今天可能正在重新形成——有助于捕获年轻太阳的热量，使微生物的生活变得舒适——也可能为其他行星上的生命提供信号。�
本文以“远古降水”为题发表在印刷版上。