美國宇航局戈達德空間科學研究所是一個世界級的氣候科學研究所，加文·施密特就是這個研究所的主管。去年的某一天，亞當·弗蘭克來到戈達德研究所，他帶著一個非同尋常的想法來到這裡進行交流。亞當·弗蘭克是一名天體物理學家，為了更好地展開工作，他開始以天體生物學的視角來研究全球變暖。所謂天體生物學，就是研究天體上存在生物的條件及探測天體上是否有生物存在的一門學問，這能給科學家帶來更宏大的視野。現在，研究的問題來了，弗蘭克和施密特就是想了解星球上存在的工業文明是否會因為特定的活動而引起星球氣候產生特定的變化！弗蘭克那天去了戈達德研究所，他希望能獲得些氣候科學方面的見解，還想著或許能找到個合作夥伴。然後，弗蘭克就來到了加文的辦公室。
正當弗蘭克興奮地侃侃而談時，加文打斷了他的話。
「你先停一下，地球有幾十億年的歷史，我們人類才出現了多長時間，或許地球上在我們出現之前就曾存在過其他工業文明！」加文說道。
弗蘭克呆住了，下巴都掉在地上了，半天才緩過來。在此之前，我們應該都聽說並關注過地外文明的話題，但現在加文討論的竟然是史前文明！史前文明可能在千百萬年以前甚至億萬年前存在過，一段輝煌後走向毀滅，然後又是新的輝煌與新的毀滅，想到此，弗蘭克不禁一陣眩暈。然後弗蘭克接著加文的話說道：「是的，沒人能否認這種可能。但是，我們能證明在很久很久以前真的存在過工業文明嗎？」
▲圖註：史前是否存在文明？（圖/裡吉斯/路透社）
至少目前而言，我們無法回到過去一探究竟。但弗蘭克和加文的首次對話後就開啟了一項新研究，這項新研究就發表在最近出版的《國際天體生物學雜誌》上。我們需要注意，加文尖銳的問題不僅是在研究人類的過去，這項研究也有助於我們更好地預測和面對未來！
此前，我們習慣於根據考古發現如沉在海底的雕像或者地下建築廢墟來猜想消失的文明。史前古器物的確有助於研究，但如果只靠這些東西我們只能往回追溯幾千年的時間。如果要研究幾千萬年甚至幾億年前，情況就會變得十分複雜。比如說，即便有工業文明，這些文明所造的器具在億萬年中可能已變成粉末！
工業文明有哪些直接證據，按現在社會來看，我們會想到城市、工廠還有道路。但是即使這些痕跡在200多萬年前存在過，到今天也就很難發現了。260萬年前至今，也就是地質時期上的第四紀。舉個具體的例子，科學家在以色列南部的內蓋夫沙漠發現了地球上現存最古老的大規模地表古蹟，而這個最古老的痕跡，也僅僅只有180萬年的歷史。也有更古老一些的痕跡，比如我們能觀察到的地質橫截面，如一些懸崖峭壁或者石頭的橫截面。但再往第四紀以前追溯，地球上的任何東西在地質運動及氣候運動等外力作用下早已變成灰塵！
而且，如果我們要探討千萬億萬年前的事，我們討論的文明（如果存在的話）和現在的人類是兩碼事。現代智人在地球上留下了痕跡，但我們發現的最早的智人痕跡也只有三十萬年左右的歷史。所以，加文的史前文明也就意味著我們要討論的是另一個物種，加文把這種想法稱之為志留紀猜想。志留紀是早古生代的最後一個紀，也是古生代第三個紀，約開始於4.4億年前，結束於4.1億年前。或許在這個時間段就出現過某種智能爬行動物。
因此，假如有一種遠古動物，在距離我們的年代很久之前，曾在某個時間段建立過工業文明的話，我們的科研人員能找到確切而清晰的證據嗎？比如，在大約6000萬年前的古新世時期，一些早期的曾短暫出現過的哺乳動物可能創造了文明。那麼，這就會有化石留下來。但是滅亡後能形成化石的比例與可能性是極小的，因為化石的形成會有諸多條件限制，如時間段和棲息地情況。因此，如果真有某個工業文明存在過10萬年的時間，現代的我們也很難發現他們的痕跡。你或許感覺10萬年時間太短，但你要意識到，從1760年左右開始的第一次工業革命，到現在也才260年的時間！也就是說，我們這代人類的工業文明只存在了260年！
所有的直接證據會在幾百萬年間化為烏有，考慮到這一點，那麼，哪類證據會存在下來呢？最好的答案就是反觀現代人類自己：如果我們人類滅亡，那麼我們留下的什麼東西會存在的最久呢？我們的活動會留下什麼線索呢？
我們的工業文明已經全球化了，人類的集體活動留下了各種各樣的痕跡，以現代技術為參考，未來1億年後的科學家還能檢測到我們的痕跡。比如說，要滿足70億人能有東西吃，就得大量且廣泛的使用化肥，但同時這也意味著我們將地球上的氮轉向了食物生產。在農田中使用氮肥有一部分會流入河流，氮肥在河海交匯區能產生更高濃度的微生物活動，這就使交匯區產生大量藻類從而攝取了水中的氧氣，海洋死區的範圍也就隨之擴大，這些變化應該會在沉積層中顯現出來。未來世界的研究人員應該會從沉積物中檢測到我們這個時代留下的氮的特徵。再比如說，為了生產電子產品，我們會使用大量稀土元素，自然界中的稀土礦就會被大量開採。現如今，地球表面就有許多這類元素，這正是人類活動的結果。這些元素也可能在未來的沉積物中顯示出來。甚至我們發明和使用的合成類固醇也會變得很普遍，這些特徵也可以在1000萬年後的地質層中被探測到。
然後就是隨處可見的塑料。研究表明，世界各地的海底堆積著越來越多的塑料垃圾，這些塑料垃圾有的在沿海地區，有的在深海盆地，甚至泛濫到了北極地區。風、太陽和洋流將成堆的塑料製品磨成粉末，這就使海洋充滿了微小的塑料顆粒，這些小顆粒最終會沉到海底形成特殊的一層，這種塑料層能夠存留相當長的時間，可以用地質學時間來計算。
最大的問題是，我們的文明痕跡最終能存留多久？在該研究中，科學家發現現代人的每一項痕跡都具有變成未來沉積物的可能。然而，具有諷刺意味的是，最有可能成為人類先進文明存在過的標誌可能就是塑料了，這種東西是我們的副產品，還一直威脅著生態環境。
當我們燃燒化石時，我們會將碳排放到大氣中，而大氣又是我們生命的必須。我們燃燒的化石燃料越多，這些碳同位素的平衡就會發生越大的變化。大氣科學家把這種轉變稱為休斯效應或蘇斯效應，也可按意指稱為工業效應，即因為化石燃料比如煤炭石油形成的歷史非常久遠，存在的時間也很長，其中的C14大部分已經衰變，因此化石燃料中C12的比例相對較高。自工業革命以來，大量化石燃料的燃燒使得高濃度的C12進入大氣，進而導致大氣中C14的比率下降，碳的同位素比值也就發生了變化。還有，溫度的升高也會留下同位素信號。未來的化學家通過用化學方法分析我們這個時代接觸的巖石層就可以發現這些顯而易見的變化。除了元素及比例的峰值，人類世巖層也可能會在氮、塑料納米顆粒甚至合成類固醇上也呈現出簡短的峰值。因此，如果我們的遺蹟能夠留給未來並被未來的科學家檢測到，那麼現代巖石中存在的信號是否在向我們訴說著史前的文明？
5千600萬年前，地球經歷了古新世-始新世極熱事件。在這段增溫期間，地球的平均溫度比我們今天的平均溫度高9攝氏度左右。當時的地球幾乎沒有冰，兩極地區夏季氣溫21攝氏度左右是典型情況。我們來看一看古新紀-始新紀氣候最暖期的同位素記錄。科學家發現增溫期的碳和氧的同位素比值很高，這一結果和我們在上文中推測的人類世的特徵一樣！此外，增溫時期的一些其他事件所顯示的痕跡也和我們推測的人類世信號相似。比如，其中有一個事件發生在古新世-始新世極熱事件幾百萬年之後，這個事件被稱為始新統的神秘起源。還比如白堊紀發生的一些大事件使得海洋在數千年甚至更長的時間裡失去了氧氣。
這些事件是否表示早先存在著非人類的工業文明？幾乎可以肯定地說，不是。雖然有證據表明，古新世-始新世氣候最暖期可能是由大量埋藏的化石碳釋放到空氣中造成的，但這些變化的時間尺度才是關鍵。古新世-始新世氣候最暖期的同位素峰值在幾十萬年的時間也有升有降。但是，是什麼使得人類世在地球歷史上如此特別引人注目呢？答案就是我們將化石碳排入大氣中的速度。在某段地質時期，地球上的二氧化碳含量甚至比今天還高，但是回溯地球數十億年的歷史中，從未有過如此多的埋藏的碳以如此快的速度排入到大氣中。因此，我們在地質記錄中看到的同位素峰值可能還不夠突兀，還撐不起志留紀有工業文明的宏大假設。
但還有一個難題。如果某個早期物種的工業文明存在的時期較短，我們可能不會很容易就能找到該文明的痕跡。古新世-始新世氣候最暖期的峰值向我們展示的主要是地球的時間尺度對造成這種情況的原因所做出的反應，而不一定就是造成原因的時間尺度，這兩句話可能比較繞，意思就是說通過峰值我們能看出地球的相應變化，但不容易看出變化的原因，因為時間跨度長短不好確定。因此，想要通過古代沉積物來找到史前真的存在某種短期文明的證據，那麼我們就需要利用足夠專業且足夠新穎的檢測方法。
這個問題很大，非一般論文可比。加文和弗蘭克都不相信地球曾承載過一段有著5000萬歷史的古新世文明。但如果有人問，我們是否真的能觀察檢測到古代工業文明的痕跡，我們只能誠懇的回答，我們是根據任何文明可能對地球造成的一般影響來推測的。這也正是天體生物學對氣候變化的視角。文明建築就是指收集地球上的能量來展開建設工作。一旦文明達到了真正的行星時間尺度，那麼該文明就會對產生的它的系統產生一些反饋。這尤其符合年輕的文明，比如技術能力仍在發展的人類文明。但天下沒有免費的午餐，文明的產生或許就是野蠻的得逞。比如說化石燃料的使用雖然為工業文明的提供了動力，但是也對人類的健康造成影響。雖然有些能源如太陽能的負面影響較低，但是如果不對地球產生一定程度的影響，人類也就無法為全球文明提供動力。
隨著氣候變化的加劇，人類需要尋找對環境影響影響較小的能源，這樣個人的負面影響也會降低。因此，一個文明如果變得更加具有持續性，那麼該文明對地區的影響就越小，這樣一來，該文明給後世留下的信號和痕跡也會更小更難發現。
此外，加文和弗蘭克的工作還開啟了一種思辨的可能，即一些星球是否曾經上演過文明的建設與崩潰，這些文明或許就是以化石燃料為驅動而展開了這種命運的循環。如果一個文明使用化石燃料，該文明引發的氣候變化可能會導致海洋中氧含量的大幅下降。這種低氧水平也稱海洋缺氧，又會為化石能源如煤炭石油的產生創造出必要的條件。就這樣，一個文明的滅亡就會為未來的新的文明的產生播下種子。
但是，即便文明終究消失，我們也要保護好我們的家園、我們的地球！