出品|科学人栏目组 翟中超
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图注：史前是否存在文明？（图/里吉斯/路透社）
美国宇航局戈达德空间科学研究所是一个世界级的气候科学研究所，加文·施密特就是这个研究所的主管。去年的某一天，亚当·弗兰克来到戈达德研究所，他带着一个非同寻常的想法来到这里进行交流。亚当·弗兰克是一名天体物理学家，为了更好地展开工作，他开始以天体生物学的视角来研究全球变暖。所谓天体生物学，就是研究天体上存在生物的条件及探测天体上是否有生物存在的一门学问，这能给科学家带来更宏大的视野。现在，研究的问题来了，弗兰克和施密特就是想了解星球上存在的工业文明是否会因为特定的活动而引起星球气候产生特定的变化！弗兰克那天去了戈达德研究所，他希望能获得些气候科学方面的见解，还想着或许能找到个合作伙伴。然后，弗兰克就来到了加文的办公室。
正当弗兰克兴奋地侃侃而谈时，加文打断了他的话。
“你先停一下，地球有几十亿年的历史，我们人类才出现了多长时间，或许地球上在我们出现之前就曾存在过其他工业文明！”加文说道。
弗兰克呆住了，下巴都掉在地上了，半天才缓过来。在此之前，我们应该都听说并关注过地外文明的话题，但现在加文讨论的竟然是史前文明！史前文明可能在千百万年以前甚至亿万年前存在过，一段辉煌后走向毁灭，然后又是新的辉煌与新的毁灭，想到此，弗兰克不禁一阵眩晕。然后弗兰克接着加文的话说道：“是的，没人能否认这种可能。但是，我们能证明在很久很久以前真的存在过工业文明吗？”
至少目前而言，我们无法回到过去一探究竟。但弗兰克和加文的首次对话后就开启了一项新研究，这项新研究就发表在最近出版的《国际天体生物学杂志》上。我们需要注意，加文尖锐的问题不仅是在研究人类的过去，这项研究也有助于我们更好地预测和面对未来！
此前，我们习惯于根据考古发现如沉在海底的雕像或者地下建筑废墟来猜想消失的文明。史前古器物的确有助于研究，但如果只靠这些东西我们只能往回追溯几千年的时间。如果要研究几千万年甚至几亿年前，情况就会变得十分复杂。比如说，即便有工业文明，这些文明所造的器具在亿万年中可能已变成粉末！
工业文明有哪些直接证据，按现在社会来看，我们会想到城市、工厂还有道路。但是即使这些痕迹在200多万年前存在过，到今天也就很难发现了。260万年前至今，也就是地质时期上的第四纪。举个具体的例子，科学家在以色列南部的内盖夫沙漠发现了地球上现存最古老的大规模地表古迹，而这个最古老的痕迹，也仅仅只有180万年的历史。也有更古老一些的痕迹，比如我们能观察到的地质横截面，如一些悬崖峭壁或者石头的横截面。但再往第四纪以前追溯，地球上的任何东西在地质运动及气候运动等外力作用下早已变成灰尘！
而且，如果我们要探讨千万亿万年前的事，我们讨论的文明（如果存在的话）和现在的人类是两码事。现代智人在地球上留下了痕迹，但我们发现的最早的智人痕迹也只有三十万年左右的历史。所以，加文的史前文明也就意味着我们要讨论的是另一个物种，加文把这种想法称之为志留纪猜想。志留纪是早古生代的最后一个纪，也是古生代第三个纪，约开始于4.4亿年前，结束于4.1亿年前。或许在这个时间段就出现过某种智能爬行动物。
因此，假如有一种远古动物，在距离我们的年代很久之前，曾在某个时间段建立过工业文明的话，我们的科研人员能找到确切而清晰的证据吗？比如，在大约6000万年前的古新世时期，一些早期的曾短暂出现过的哺乳动物可能创造了文明。那么，这就会有化石留下来。但是灭亡后能形成化石的比例与可能性是极小的，因为化石的形成会有诸多条件限制，如时间段和栖息地情况。因此，如果真有某个工业文明存在过10万年的时间，现代的我们也很难发现他们的痕迹。你或许感觉10万年时间太短，但你要意识到，从1760年左右开始的第一次工业革命，到现在也才260年的时间！也就是说，我们这代人类的工业文明只存在了260年！
所有的直接证据会在几百万年间化为乌有，考虑到这一点，那么，哪类证据会存在下来呢？最好的答案就是反观现代人类自己：如果我们人类灭亡，那么我们留下的什么东西会存在的最久呢？我们的活动会留下什么线索呢？
我们的工业文明已经全球化了，人类的集体活动留下了各种各样的痕迹，以现代技术为参考，未来1亿年后的科学家还能检测到我们的痕迹。比如说，要满足70亿人能有东西吃，就得大量且广泛的使用化肥，但同时这也意味着我们将地球上的氮转向了食物生产。在农田中使用氮肥有一部分会流入河流，氮肥在河海交汇区能产生更高浓度的微生物活动，这就使交汇区产生大量藻类从而摄取了水中的氧气，海洋死区的范围也就随之扩大，这些变化应该会在沉积层中显现出来。未来世界的研究人员应该会从沉积物中检测到我们这个时代留下的氮的特征。再比如说，为了生产电子产品，我们会使用大量稀土元素，自然界中的稀土矿就会被大量开采。现如今，地球表面就有许多这类元素，这正是人类活动的结果。这些元素也可能在未来的沉积物中显示出来。甚至我们发明和使用的合成类固醇也会变得很普遍，这些特征也可以在1000万年后的地质层中被探测到。
然后就是随处可见的塑料。研究表明，世界各地的海底堆积着越来越多的塑料垃圾，这些塑料垃圾有的在沿海地区，有的在深海盆地，甚至泛滥到了北极地区。风、太阳和洋流将成堆的塑料制品磨成粉末，这就使海洋充满了微小的塑料颗粒，这些小颗粒最终会沉到海底形成特殊的一层，这种塑料层能够存留相当长的时间，可以用地质学时间来计算。
最大的问题是，我们的文明痕迹最终能存留多久？在该研究中，科学家发现现代人的每一项痕迹都具有变成未来沉积物的可能。然而，具有讽刺意味的是，最有可能成为人类先进文明存在过的标志可能就是塑料了，这种东西是我们的副产品，还一直威胁着生态环境。
当我们燃烧化石时，我们会将碳排放到大气中，而大气又是我们生命的必须。我们燃烧的化石燃料越多，这些碳同位素的平衡就会发生越大的变化。大气科学家把这种转变称为休斯效应或苏斯效应，也可按意指称为工业效应，即因为化石燃料比如煤炭石油形成的历史非常久远，存在的时间也很长，其中的C14大部分已经衰变，因此化石燃料中C12的比例相对较高。自工业革命以来，大量化石燃料的燃烧使得高浓度的C12进入大气，进而导致大气中C14的比率下降，碳的同位素比值也就发生了变化。还有，温度的升高也会留下同位素信号。未来的化学家通过用化学方法分析我们这个时代接触的岩石层就可以发现这些显而易见的变化。除了元素及比例的峰值，人类世岩层也可能会在氮、塑料纳米颗粒甚至合成类固醇上也呈现出简短的峰值。因此，如果我们的遗迹能够留给未来并被未来的科学家检测到，那么现代岩石中存在的信号是否在向我们诉说着史前的文明？
5千600万年前，地球经历了古新世-始新世极热事件。在这段增温期间，地球的平均温度比我们今天的平均温度高9摄氏度左右。当时的地球几乎没有冰，两极地区夏季气温21摄氏度左右是典型情况。我们来看一看古新纪-始新纪气候最暖期的同位素记录。科学家发现增温期的碳和氧的同位素比值很高，这一结果和我们在上文中推测的人类世的特征一样！此外，增温时期的一些其他事件所显示的痕迹也和我们推测的人类世信号相似。比如，其中有一个事件发生在古新世-始新世极热事件几百万年之后，这个事件被称为始新统的神秘起源。还比如白垩纪发生的一些大事件使得海洋在数千年甚至更长的时间里失去了氧气。
这些事件是否表示早先存在着非人类的工业文明？几乎可以肯定地说，不是。虽然有证据表明，古新世-始新世气候最暖期可能是由大量埋藏的化石碳释放到空气中造成的，但这些变化的时间尺度才是关键。古新世-始新世气候最暖期的同位素峰值在几十万年的时间也有升有降。但是，是什么使得人类世在地球历史上如此特别引人注目呢？答案就是我们将化石碳排入大气中的速度。在某段地质时期，地球上的二氧化碳含量甚至比今天还高，但是回溯地球数十亿年的历史中，从未有过如此多的埋藏的碳以如此快的速度排入到大气中。因此，我们在地质记录中看到的同位素峰值可能还不够突兀，还撑不起志留纪有工业文明的宏大假设。
但还有一个难题。如果某个早期物种的工业文明存在的时期较短，我们可能不会很容易就能找到该文明的痕迹。古新世-始新世气候最暖期的峰值向我们展示的主要是地球的时间尺度对造成这种情况的原因所做出的反应，而不一定就是造成原因的时间尺度，这两句话可能比较绕，意思就是说通过峰值我们能看出地球的相应变化，但不容易看出变化的原因，因为时间跨度长短不好确定。因此，想要通过古代沉积物来找到史前真的存在某种短期文明的证据，那么我们就需要利用足够专业且足够新颖的检测方法。
这个问题很大，非一般论文可比。加文和弗兰克都不相信地球曾承载过一段有着5000万历史的古新世文明。但如果有人问，我们是否真的能观察检测到古代工业文明的痕迹，我们只能诚恳的回答，我们是根据任何文明可能对地球造成的一般影响来推测的。这也正是天体生物学对气候变化的视角。文明建筑就是指收集地球上的能量来展开建设工作。一旦文明达到了真正的行星时间尺度，那么该文明就会对产生的它的系统产生一些反馈。这尤其符合年轻的文明，比如技术能力仍在发展的人类文明。但天下没有免费的午餐，文明的产生或许就是野蛮的得逞。比如说化石燃料的使用虽然为工业文明的提供了动力，但是也对人类的健康造成影响。虽然有些能源如太阳能的负面影响较低，但是如果不对地球产生一定程度的影响，人类也就无法为全球文明提供动力。
随着气候变化的加剧，人类需要寻找对环境影响影响较小的能源，这样个人的负面影响也会降低。因此，一个文明如果变得更加具有持续性，那么该文明对地区的影响就越小，这样一来，该文明给后世留下的信号和痕迹也会更小更难发现。
此外，加文和弗兰克的工作还开启了一种思辨的可能，即一些星球是否曾经上演过文明的建设与崩溃，这些文明或许就是以化石燃料为驱动而展开了这种命运的循环。如果一个文明使用化石燃料，该文明引发的气候变化可能会导致海洋中氧含量的大幅下降。这种低氧水平也称海洋缺氧，又会为化石能源如煤炭石油的产生创造出必要的条件。就这样，一个文明的灭亡就会为未来的新的文明的产生播下种子。
但是，即便文明终究消失，我们也要保护好我们的家园、我们的地球！
