約24億年前，地球大氣中充滿了有毒氣體，地表溫度極不穩定，不適宜任何生物存活。地球是如何演化出溫和的氣候和可供呼吸的空氣的？這一直是地球科學致力解決的根本性問題。

根據一篇最新研究論文中的描述，24億年前的地球大氣中充滿了濃濃的“甲烷霧”。從NASA卡西尼號探測器2013年拍攝的照片來看，這與土衛六的情景十分相似。

由美國馬里蘭大學、英國圣安德魯斯大學、NASA噴氣推進實驗室、英國利茲大學和藍色大理石空間科學研究所共同開展的最新研究指出，在長達一百萬年的時間里，地球大氣中一度富含甲烷。大量氫氣因此被擠出大氣層，為氧氣的出現預留了足夠空間。這一轉變使大氣層接近了今天的模樣。

該團隊為24億年前使地球大氣氧氣濃度升高一萬倍的的“大氧化事件”提出了新的解釋。“從地質演變角度來看，地球大氣從毒氣向富含氧氣的轉變幾乎發生在瞬息之間。”該研究共同作者、馬里蘭大學地質學教授詹姆斯·法夸爾指出，“通過此次研究，我們終于弄清了甲烷在這一過程中起到的作用。”

研究人員利用詳細的化學記錄與復雜的大氣模型，再現了大氧化事件發生前不久的地球大氣。結果顯示，當時地球上唯一的生命古細菌釋放出大量甲烷，濃濃的“甲烷霧”充滿了整個大氣層，與如今的土衛六大氣層十分接近。

本次研究中的多名科學家此前也參與了其它研究，并發現地球歷史早期出現過好幾次類似事件。但此次研究首次闡明了這些事件的發展速度與持續時間。

“若甲烷含量較高，阻擋氧氣集聚的氫氣就會被擠出大氣層、進入外太空，為氧氣的聚集騰出空間。”該研究共同作者、圣安德魯斯大學生物地質化學家奧布麗·澤爾克指出，“我們的最新數據庫中囊括了迄今為止太古代大氣化學成分的最清晰記錄，充分描繪了大氧化事件發生前的地表狀況。”

這層“甲烷霧”約持續了一百萬年。從大氣層中逃逸的氫氣足夠多時，便形成了合適的化學條件，氧氣含量大幅上升，多細胞生物也就此開始演變。在分析過程中，研究人員發現從該時期起，地質化學記錄中的硫同位素含量顯示出異常規律，這成為了分析的關鍵點。

硫同位素常用來模擬遠古時期的大氣狀況，但此前針對該時期的研究并未發現任何反常之處。“再現大氣化學成分的演變過程一直是地質化學研究的重點。”該研究主要作者、麻省理工大學博士后研究院加雷斯·伊松指出，“我們的最新數據顯示，大氣的化學成分不斷變化，并且在大氧化事件即將發生時，極易受生物活動的影響。”