约24亿年前，地球大气中充满了有毒气体，地表温度极不稳定，不适宜任何生物存活。地球是如何演化出温和的气候和可供呼吸的空气的？这一直是地球科学致力解决的根本性问题。

根据一篇最新研究论文中的描述，24亿年前的地球大气中充满了浓浓的“甲烷雾”。从NASA卡西尼号探测器2013年拍摄的照片来看，这与土卫六的情景十分相似。

由美国马里兰大学、英国圣安德鲁斯大学、NASA喷气推进实验室、英国利兹大学和蓝色大理石空间科学研究所共同开展的最新研究指出，在长达一百万年的时间里，地球大气中一度富含甲烷。大量氢气因此被挤出大气层，为氧气的出现预留了足够空间。这一转变使大气层接近了今天的模样。

该团队为24亿年前使地球大气氧气浓度升高一万倍的的“大氧化事件”提出了新的解释。“从地质演变角度来看，地球大气从毒气向富含氧气的转变几乎发生在瞬息之间。”该研究共同作者、马里兰大学地质学教授詹姆斯·法夸尔指出，“通过此次研究，我们终于弄清了甲烷在这一过程中起到的作用。”

研究人员利用详细的化学记录与复杂的大气模型，再现了大氧化事件发生前不久的地球大气。结果显示，当时地球上唯一的生命古细菌释放出大量甲烷，浓浓的“甲烷雾”充满了整个大气层，与如今的土卫六大气层十分接近。

本次研究中的多名科学家此前也参与了其它研究，并发现地球历史早期出现过好几次类似事件。但此次研究首次阐明了这些事件的发展速度与持续时间。

“若甲烷含量较高，阻挡氧气集聚的氢气就会被挤出大气层、进入外太空，为氧气的聚集腾出空间。”该研究共同作者、圣安德鲁斯大学生物地质化学家奥布丽·泽尔克指出，“我们的最新数据库中囊括了迄今为止太古代大气化学成分的最清晰记录，充分描绘了大氧化事件发生前的地表状况。”

这层“甲烷雾”约持续了一百万年。从大气层中逃逸的氢气足够多时，便形成了合适的化学条件，氧气含量大幅上升，多细胞生物也就此开始演变。在分析过程中，研究人员发现从该时期起，地质化学记录中的硫同位素含量显示出异常规律，这成为了分析的关键点。

硫同位素常用来模拟远古时期的大气状况，但此前针对该时期的研究并未发现任何反常之处。“再现大气化学成分的演变过程一直是地质化学研究的重点。”该研究主要作者、麻省理工大学博士后研究院加雷斯·伊松指出，“我们的最新数据显示，大气的化学成分不断变化，并且在大氧化事件即将发生时，极易受生物活动的影响。”