大约在25亿到20亿年前，地球经历了其表面上记录的最大化学转变。氧气开始在大气中积累，引发的变化最终帮助复杂生物如植物和动物在约5亿年前的出现。当氧气水平首次上升时，巨量的微生物物质被埋藏在海底。这一埋藏将碳锁定在岩石中，并留下了一个不寻常的同位素标记。数十年来，许多科学家将该标记解释为地球碳循环在全球范围内发生了显著失衡的证据。一项来自早期地球的著名信号。支持这一解释的证据来自钻探岩心——从地下深处提取的长岩石圆柱体——这些岩心来自于俄罗斯卡累利阿古老的海洋沉积物和加蓬的法国维利盆地。然而，加州理工学院的研究人员主导的一项新研究质疑俄罗斯证据是否确实记录了一个全球性的事件。“一个主要的争论集中在一个不寻常的碳同位素信号上，这个信号常常被解释为全球环境变化的证据，”加州理工学院资深研究员Nivedita Thiagarajan（博士'12）说，她在喬治·艾勒的实验室工作，艾勒是地质与地球化学的罗伯特·P·夏普教授以及地质与行星科学系的Ted和Ginger Jenkins领导职位的主席。“我们研究了卡累利阿扎奥内加组的岩石中被困的气体，该组是世界上已知最古老的化石油田之一，发现这个关键地点的碳同位素信号可以用发生在几百平方公里的沉积盆地中的局部现象来解释，而不是全球性。”Thiagarajan是近期在《地质学》上发表的一篇论文的第一作者。该研究描述了研究人员如何重建卡累利阿岩石在大气氧气首次大幅增加后保留下来的变化序列。碳同位素——元素的重或轻形态——提供了关于数十亿年前积累的生物材料起源的信息。通过测量钻孔岩心中的这些同位素的相对量（或碳同位素信号），研究人员可以建立古代环境变化的记录，类似于读取树木的生长年轮。在扎奥内加组和加蓬的岩石中发现的一个不寻常的碳信号被称为Shunga-Francevillian事件。科学家们常常将其视为地球在大约20亿年前经历碳循环重大全球干扰的证据。“地球在那个氧气出现在大气中的时间段，某种意义上是疯狂的。我们试图评估的是地球氧气化的原因和后果，”挪威地质调查局（NGU）研究员Aivo Lepland解释道，并且是这项研究的共同作者。“这些信息被保存于岩石中，因此，为了研究发生了什么，你必须研究岩石。” 被困2亿年的气体。为了从另一个角度研究Shunga-Francevillian事件，研究人员分析了存放在NGU的钻孔岩心。他们专注于产自含有丰富焦油层的扎奥内加组样品中封存的气体。扎奥内加组曾是一个海洋沉积盆地的一部分。焦油是一种不溶解的有机碳形式，在埋藏的原油或油母页岩（这是天然气的源材料）受到深层强烈加热时生成。该项目在Lepland到达加州理工学院进行休假后形成。他带来了来自扎奥内加岩石中气体的同位素测量的新集合，这些气体尚未完全解释。同时，Thiagarajan和Eiler最近完成了一项研究，测量天然气中的同位素比率。这一工作帮助他们开发了一个更广泛的框架，以理解天然气是如何形成的。当研究人员将这两组专长和数据结合时，古代同位素特征的另一种解释开始浮现。岩浆、甲烷和微生物。研究小组提出，一层岩浆强行穿过当时位于史前海洋下方的扎奥内加组的海洋沉积层。来自岩浆的热量加热了充满有机物质的沉积物。这种加热产生了甲烷和丙烷等碳氢化合物。这些气体然后通过沉积物向上移动，最终到达靠近海底的微生物，这些微生物消耗甲烷。这些微生物产生了携带轻碳同位素信号的生物量，可能解释了岩石中保存的这一不寻常信号。温度证据支持这个情景。研究人员识别出了一个大的热梯度，温度达到约350度。