27亿年前的地球大气可能是超过三分之二的二氧化碳。这一发现来自于一项新的研究，该研究模拟了古代大气如何与天上落下的宇宙尘埃相互作用。

 

研究人员在1月22日的《科学进展》杂志上指出，这种富含二氧化碳的大气也可能产生了强大的温室气体效应。这反过来又有助于回答一个被称为“暗淡的年轻太阳悖论”的古老难题:当太阳比现在暗30%的时候，地球上怎么会有液态海洋呢?

 

对太古宙期间大气中二氧化碳含量的估计存在很大差异，太古宙从40亿年前持续到25亿年前。西雅图华盛顿大学的天体生物学家Owen Lehmer说:“目前的估计跨越了三个数量级，从现在的10倍到1000倍。”因此，科学家们一直在寻找能够缩小这一范围的数据。

 

在澳大利亚西北部的皮尔巴拉地区发现了一组镶嵌在27亿年前石灰岩中的59颗微陨石。2016年，沐鸣平台登陆线路《自然》杂志的一项研究首次描述了这些保存完好的陨石，至今仍是迄今为止发现的最古老的陨石化石，年代约为90万年。因此，它们提供了一个难得的机会，让我们得以一窥失落世界的氛围。

 

这些比人的头发还粗的小石块，在古代地球的大气层中迅速移动。由铁和镍构成的微陨石在垂直下落时升温，融化，然后重新冻结，最后落入海洋，沉入海底。在那里，它们慢慢地被埋葬在石灰岩里。

 

在短暂的部分熔融状态中，微陨石与地球大气发生了化学反应。一些大气气体——无论是氧气还是二氧化碳——氧化了铁，夺走了它的电子，把原来的矿物变成了新的矿物。

 

基于对十多块微陨石的化学分析，2016年的最初研究表明，铁的氧化程度表明，27亿年前，上层大气中氧含量高得惊人，与今天20%的氧含量相差无几。

 

但是Lehmer说，这个答案从来没有让人完全满意过。

 

根据从太古宙露头采集的数据，科学家们普遍认为，在太古宙时期，地球表面大气中的氧气非常少。因此，在更高的地方有大量的氧气意味着有一层像蛋糕一样的分层，在不同的高度有两种非常不同的大气成分。

 

“目前还不清楚这是否不可能，但很难想象那种状态下的气氛，”Lehmer说。“我们能在类地行星上看到的每一种大气都是混合在一起的，”它们被漩涡和混乱的气流搅在一起。“湍流的混合阻止了分层的发生。”

 

所以Lehmer和他的同事决定解决这个棘手的问题。如果是二氧化碳而不是氧气氧化了铁呢?两者都是氧化剂，尽管游离氧的反应比二氧化碳中的氧快得多。尽管如此，Lehmer说，“如果你不能有一个分层的大气，我们有理由认为那里几乎没有氧气。”

 

为了测试二氧化碳氧化快速移动的微陨石的能力，研究小组模拟了大约15000个宇宙尘埃的旅程，这些尘埃的大小从2微米到500微米不等，当它们进入地球的大气层并向地面弯曲时。这些微小的岩石碎片从不同的角度俯冲而入，以不同的速度移动，改变了它们可能融化的程度。研究小组还让这些岩石以一定的二氧化碳浓度通过大气层，从体积的2%到85%不等。

 

模拟结果表明，由至少70%的二氧化碳组成的大气可能氧化了这些微陨石，沐鸣平台登陆线路而不是由富含氧气的上层大气组成的分层大气。该研究小组说，这也与其他表明在太古宙存在以二氧化碳为主的大气的证据相一致，包括对岩石风化的古代土壤的分析。

 

这种富含二氧化碳的大气，再加上更强的温室气体甲烷的健康剂量，也可能创造出一个温暖的温室世界。这可能使它成为人们长久以来寻找的答案，来回答“微弱的年轻太阳悖论”。