“你怎么知道地球上只有我们这一个文明？”
美国宇航局（NASA）戈达德空间研究所（GISS）主任加文·施密特（Gavin Schmidt）只花了五分钟就让我不知所措。
GISS是世界级的气候科学研究机构。去年的一天，我带着一个异想天开的提议，来到了GISS。作为一名天体物理学家，我开始从“天体生物学的角度”研究全球变暖。这意味着研究宇宙中的所有工业文明是否将通过自身的活动，引发各自所在星球的气候变化。
拜访GISS那天，我希望获得一些气候科学方面的见解，还想找几位志同道合者共同开展研究。我就是这样来到了施密特的办公室。
我向施密特介绍我的来意时，他中途打断了我。
“等一下，”他说，“你怎么知道地球上只有我们这一个文明？”
我过了好几秒才回过神来。走进施密特的办公室之前，我就做好了因为提到“外星文明”而遭受白眼的准备。但他问话中所指的文明可能存在于数百万年前的地球。坐在那里，想着漫长的地球进化史，我感受到了时间带来的眩晕感。“是啊，”我结结巴巴地说道，“我们怎么知道在久远的过去是否曾有一个工业文明？”
然后，我们就再也没有说起外星人了。那第一次谈话催生了一项我们最近发表于《国际天体生物学杂志》的新研究。但当时我们两人都没有意识到，施密特的深刻问题开启了一扇窥视地球历史和人类未来的窗户。
我们习惯于根据沉没的雕像和地下的废墟来猜想已灭绝的文明。如果你只对几千年前的文明感兴趣，这些文物能提供很大帮助。但如果把时钟倒回到数千万年甚至几亿年前，情况会变得更加复杂。
要说工业文明的直接证据（比如城市、工厂和道路），地质记录最多只能追溯到260万年前的第四纪。例如，最古老的大片古地表位于内盖夫沙漠，“只有”180万年历史。更古老的地表主要可见于悬崖或岩石的横截面。至于比第四纪更加古老的年代，一切都已变成了尘埃。
那么，研究人员能否找到明确的证据，证明在人类文明诞生之前很久，曾有某个古代物种创造了相对短暂的工业文明？例如，在6000万年前的古新世时期，某种早期哺乳动物短暂地崛起，创建文明。当然有化石，但能够变成化石的生活痕迹总是少之又少，并且因为时间和栖息地的不同而差异很大。因此，很容易与只持续10万年的工业文明擦肩而过。但哪怕是10万年，也比迄今为止的人类工业文明历史长了500倍。
经历了数百万年的风风雨雨后，所有的直接证据早已消失，什么样的证据可能留存至今？想要回答这个问题，最好方法是想一想如果人类文明在现阶段毁灭，我们会留下哪些证据。
如今，我们的工业革命已经真正走向全球，人类的集体活动留下了各种各样的痕迹，可被1亿年后的科学家发现。例如，为了填饱70亿人的肚子，化肥被广泛使用，但这也意味着我们把地球的氮元素重新用于粮食生产。未来的研究人员应该可以在我们这个时代留下的沉积物氮特征中发现这一点。同样，我们不断地使用稀土元素制造电子产品。正是因为我们的存在，地球表面的稀土元素原子才多了许多，它们可能也会出现在未来的沉积物中。现在，我们创造和使用的合成类固醇已经无处不在，也可能在1000万年后的地质层中被发现。
还有不计其数的塑料。研究表明，越来越多的塑料“海洋垃圾”正沉积到世界各地的海底，不管是沿海区还是深海区，就连北极圈都有。大块的塑料制品在风、阳光和波浪的作用下分解，使海洋充斥着微小的塑料粒子，最终降落到海底形成地层，历经久远的地质年代之后依然会存在。
重要的问题在于，人类文明留下的痕迹能存在多久。我们在研究中发现，每个痕迹都有可能变成未来的沉积物。但讽刺的是，对人类文明威胁最大的一个人类活动副产品，反而最有希望证明人类曾经作为先进文明而存在过。
当我们燃烧化石燃料时，曾经作为活体组织一部分的碳被重新释放到大气中。这些古老的碳衰变成这种元素的三种天然同位素之一。我们燃烧的化石燃料越多，这些碳同位素就越不平衡。大气学家把这种变化称为Suess效应。100年来，使用化石燃料造成的碳同位素比值变化非常明显。气温的上升也留下了同位素信号。未来的科学家只要对来自我们这个时代的岩石层进行化学分析，应该就能发现这些变化。此外，“人类世”地层可能也透露了氮、塑料纳米粒子甚至合成类固醇短暂猛增的蛛丝马迹。因此，如果说这些是人类文明必然留给后世的痕迹，同样的“信号”是否存在于现在的岩石中，等着向我们讲述那些早已灭亡的文明？
5600万年前，地球经历了古新世-始新世极热事件（PETM）。在PETM期间，地球的平均气温比现在高出9摄氏度。那是一个几乎没有冰的世界，因为两极的典型夏季温度接近21摄氏度。科学家发现，PETM同位素记录中的碳和氧同位素比值升高，与我们预期在人类世记录中所看到的情况如出一撤。地球历史上还有其他类似PETM的事件，显示的痕迹就像我们假设的人类世信号。这些事件包括一个发生于PETM之后几百万年的事件，被称为“神秘起源的始新世地层”，以及使海洋在好几千年（甚至更长）时间里没有氧气的白垩纪大事件。
这些事件是不是史前工业文明留下的痕迹？几乎肯定不是。虽然有证据表明，PETM可能是埋藏在化石中的碳大量释放到空气中所致，但重要的是这些变化的时间。PETM的同位素峰值在几十万年内有起有落。但是，人类世在地球历史上之所以如此突出，是因为我们将化石中的碳以极快的速度释放到大气中。地球上曾经有过二氧化碳含量与如今相当甚至更高的地质时期，但在地球数十亿年的历史中，从未有如此之多被埋藏的碳被如此迅速地释放到大气中。因此，我们在地质记录中看到的同位素峰值可能升高幅度不够剧烈，不符合志留人假说的要求。
但这里有一个难题。如果早期物种的工业活动是短暂的，我们可能无法轻易发现。PETM的同位素峰值主要向我们展示了地球对造成峰值的原因作出反应的时间，未必是原因发生的时间。因此，可能需要专用和新颖的检测方法，来寻找古代沉积物中短暂事件的证据。换句话说，如果不是刻意地去寻找，可能就找不到。这种认识也许是我们在研究中得出的最具体结论。
作者写论文提出自己不支持的假说，这种事情很少见。施密特和我不认为地球曾在5000万年前有过古新世文明，但对能否“看到”远古工业文明的研究，会迫使我们去探索文明可能对所在星球产生的一般性影响。这正是气候变化的天体生物学视角。文明创建意味着从所在星球获取能源来做工作（也就是文明创建的工作）。一旦文明达到真正的行星尺度，肯定会对耦合的母星系统（空气，水，岩石）产生一些反馈，对于像我们这样还在攀登技术能力阶梯的年轻文明来说尤其如此。换句话说，天下没有免费的午餐。虽然一些能源造成的影响较小（比如说太阳能对比化石燃料），但要驱动一个全球性文明，必然会对所在星球造成某种程度的影响。
一旦你通过气候变化意识到必须寻找影响较小的能源，你造成的影响就会更小。文明变得越具有可持续性，给后代留下的痕迹就越少。
另外，我们还推测，一些行星可能存在化石燃料导致的文明兴起与灭亡循环。如果一个文明使用化石燃料，由此引起的气候变化会导致海洋含氧量大幅下降。这样的低氧水平（称为海洋缺氧）有助于引发原先形成石油和煤等化石燃料所需的条件。如此一来，一个文明及其灭亡可能为未来的新文明播下种子。
探究那些消失在时间长河中的文明也就等于探索有没有普遍的规则引导着所有生物圈在创造潜能方面的进化，包括文明的出现。即便没有开皮卡的古新世人，我们直到现在才开始去了解那种可能性会有多大。
翻译：于波
校对：其奇
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