随着地球历史上大气氧气含量的首次增加，巨量的微生物遗体被埋藏在海底。这种大规模的埋藏将碳锁在了岩石之中，并留下了异常的同位素特征。几十年来，许多科学家一直将这一特征解释为地球碳循环在全求范围内发生戏剧性失衡的有力证据。

来自早期地球的著名信号

支持这一主流解释的证据主要来自于钻芯样本——即从俄罗斯卡累利阿（Karelia）古老海洋沉积物以及加蓬法兰西维尔盆地（Francevillian Basin）深处提取的坚固圆柱形岩石。然而，由加州理工学院（Caltech）研究人员领衔的一项最新研究对俄罗斯的证据是否真正记录了全球性事件提出了质疑。

“主要的争论之一集中在一个异常的碳同位素信号上，该信号经常被解释为全球环境变化的证据，”加州理工学院高级研究员 Nivedita Thiagarajan 表示，“我们研究了来自俄罗斯卡累利阿扎奥涅加组（Zaonega Formation）岩石中微小孔隙内封存的气体。该组是世界上已知最古老的化石油田之一。研究发现，这个关键地点的碳同位素信号完全可以通过发生在几百平方公里沉积盆地内的局部现象来解释，而不一定是全求范围的事件。”Thiagarajan 是发表在学术期刊《地质学》（Geology）上的一篇最新论文的第一作者。该研究详细描述了研究人员如何重建卡累利阿岩石在地球大气第一次大氧化事件后所经历的一系列变化序列。

碳同位素（即同一元素的较重或较轻形态）能够提供数十亿年前积累的生物物质来源的重要信息。通过测量钻芯中这些同位素的相对丰度（即碳同位素信号），研究人员能够建立古环境变化的档案，这在某种程度上类似于阅读树木的年轮。

在扎奥涅加组和加蓬岩石中都发现了一种异常的碳信号，被称为“舒恩加-法兰西维尔事件”（Shunga-Francevillian event）。科学家们经常以此为证据，证明大约在20亿年前地球经历了一次重大的全球碳循环中断。

挪威地质调查局（NGU）的研究员、该研究的共同作者 Aivo Lepland 解释说：“在气氛中出现氧气的那个时间段里，地球在某种程度上可以说是‘疯狂’的。我们试图评估的就是地球氧化的原因和后果。这些信息被档案化在岩石中，因此，为了研究到底发生了什么，你必须去研究岩石。”

被封存了20亿年的气体

为了从另一个角度审视舒恩加-法兰西维尔事件，研究人员分析了保存在 NGU 的钻芯样本。他们的重点是扎奥涅加组富含焦沥青（pyrobitumen）的样品中，那些被微小流体包裹体密封的气体。

扎奥涅加组曾经是一个海洋沉积盆地的一部分。焦沥青是一种不溶性的有机碳形式，当埋藏的原油或干酪根（天然气的源岩）在地下深处经受强烈加热时便会形成。

这项研究的契机始于 Lepland 到加州理工学院进行学术休假。他带来了从扎奥涅加岩石中提取的气体同位素测量数据的新集合，当时这些数据尚未得到充分解释。

与此同时，Thiagarajan 和同为该研究作者的 John Eiler 刚刚完成了天然气中同位素比值的测量研究。这项工作帮助他们建立了一个更广泛的理论框架，以理解天然气的形成机制。

当研究人员将这两套专业知识和数据集结合起来时，关于古代同位素信号的一种截然不同的解释浮出水面。

岩浆、甲烷与微生物

研究团队提出，在史前海洋之下的扎奥涅加组，曾有一张岩浆片强行穿过了多层海洋沉积物。来自岩浆的热量加热了富含有机质的沉积物。

这种加热产生了包括甲烷和丙烷在内的碳氢化合物。随后，这些气体在沉积物中向上运移，最终抵达了生活在海底附近的、以甲烷为食的微生物群落。

这些微生物产生了带有轻碳同位素特征的生物质，这很有可能解释了岩石中所保存的异常信号。

温度证据支持了这一设想。研究人员在岩浆侵入体旁识别出了一个巨大的热梯度：紧邻岩浆处温度高达约350摄氏度，而在大约300米高处的一处古代海底沥青溢出点，温度则下降到了约72摄氏度。

“这一连串的地质和生物过程可以解释扎奥涅加组记录的异常碳同位素信号，”Thiagarajan 说，“令人感兴趣的是，我们在现代油气盆地中观察到的一些相同特征，也同样存在并保存于这些20亿年前的样品中。”

研究人员强调，他们不能完全排除其他过程的贡献。即便如此，他们的结果表明，扎奥涅加保存的碳同位素异常主要是由局部沉积盆地内的事件驱动的，而不是由全球性的干扰引起的。

“由于扎奥涅加是舒恩加-法兰西维尔事件的参考地点，我们的发现引发了一个重要疑问：它是否真的应该被视为一个全球性事件，”Thiagarajan 说道。

在加蓬检验这一理论

研究的下一步将是确定同样的解释是否也能适用于加蓬发现的相似同位素信号。

研究人员计划分析通过“GOE-DEEP项目”（由国际大陆科学钻探计划共同资助）采集的样品。其目标是检验诸如俄罗斯发现的那些局部地质和生物过程，是否也塑造了加蓬的岩石记录。

在2025年夏天，Lepland 在加蓬度过了四个月，协调钻探活动。新获取的钻芯已于2月运抵 NGU，并计划在今年晚些时候由来自18个国家的国际研究团队进行采样分析。

“现在，我们可以通过对加蓬岩石开展类似的研究来将各个线索拼凑在一起，从而对比这两个地点，”Lepland 说，“科学就是这样向前发展的。”