加文·施密特（Gavin Schimidt）只花了五分钟就洞察了我（指本文作者Adam Frank，罗切斯特大学天体物理学教授）的心思。
施密特是美国国家航天局“戈达德空间研究所”（Goddard Institute for Space Studies，以下简称GISS）的负责人，该机构是闻名世界的气候-科学研究单位。2017年某一天，我带着一项略显古怪的研究计划来到了所里。我是个天体物理学家，当时正开始用“天体生物学的（astrobiological）视角”来研究全球变暖。这意味着追问：工业文明崛起于某一星球上之后，是否会以其自身的行动引发某种版本的气候变迁？我那天去GISS访问，正是希望能够在此方面获得一些气候科学方面的洞见，若有机会的话说不定还能找到合作伙伴。这就是我最终停留在施密特办公室里的原因。
当我滔滔不绝地将自己的研究计划和盘托出时，施密特打断了我。
“稍等一下，”他说，“你怎么知道我们就是这颗星球上的唯一一波文明？”
我惊得下巴都要掉到地上了，稍微定了定神。在来到这里之前，我的确是花了点精力来了解所谓“外来文明”（exo-civilization），以便应付提问。不过，他所提到的文明大概只存在于好几百万年以前了。呆坐在办公室里，细细回想起地球从亘古演化而来的漫长历程，我不禁有种时空错乱的感觉。“大概是吧，”我略带结巴地答道，“我们真的能确定远古工业文明的存在吗？”
接下来我们并未讨论外星人之类的话题。相反，这第一次对话催生出了一项我俩合作完成的新研究，最近发表于《国际天体生物学杂志》（International Journal of Astrobiology）上。尽管在聊天时我俩都还没形成比较具体的想法，但施密特那富有洞察力的提问方式却宛如打开了一扇窗子，它不仅通向地球的遥远过往，更通向我们人类的将来。
我们曾经借助深埋于地下的雕像和废墟来想象灭绝了的文明是何等样貌。如果你关心的时间段只到几千年这个级别，那这些史前社会的制品已经足够你欣赏了。但一旦你把想象力拓展到千万年乃至数亿年前，情况就会复杂许多。
论起工业文明的直接证据——例如城市、工厂以及道路这类事物——相关的地质学记录至多只能追溯到第四纪（Quaternary period）时期，也就是260万年前。举个例子，最古老的人类大规模地表活动遗迹位于内盖夫沙漠（巴勒斯坦某地区——译注）。它的岁数”只不过“有180万年而已——再老一点的人类活动证据，也就只能通过峭壁或者岩石上的斫凿痕迹之类的东西来加以推测了。再把时间大幅度往前推到第四纪的话，那所有的东西几乎都已经彻底变了样，且大多已经化作了尘埃。
此外，如果我们真打算追溯到如此早的时期的话，那我们其实已经不是在谈论人类文明了。智人（homo sapien）在地球上的出现时间不过才30万年左右。而这也就意味着我们此时所谈论的对象已经是其它物种，施密特正是因此而将自己的构想取名为“志留纪假设”（Silurian hypothesis，之所以有此称呼是因为志留纪所处的时段极为久远，约为4亿年前——译注），那差不多是某一前任神秘博士（Dr.Who，著名英剧，讲述某位时间领主穿越到现代的故事——译注）的时代，有大量的智能爬行类动物生活着。
这样看来，研究者究竟能否找到某一上古物种在我们之前的很长一段时间里曾建立过相对短命的工业文明的证据？举个例子，某些早期哺乳动物在6000万年前的古新世（Paleocene epoch）一度兴起，并且似乎有过文明建构的成果。当然，这是有化石证据的。问题在于，这种已经成了化石的生活片段太过琐碎，并且随时间和栖息地的不同而有着许多的变数。就此而言，一个只持续了10万年的工业文明遭到忽视也并不奇怪——尽管它的持续时间已经比我们现有的工业文明长500倍了。
给定所有直接证据在千百万年后均会消失殆尽这一点，什么样的证据如今还可能存留下来？回答这一问题的最好方式便是去设想：假如人类文明在现今的发展阶段忽然崩溃了，那我们自己将会留下什么样的证据？
如今，我们的工业文明确实已经扩展到了全球范围内，人类的集体活动留下了多种多样的踪迹，哪怕100万年以后的科学家也能够发现它们。举个例子，化肥的广泛应用养活了70亿人，但这也意味着我们改变了地球上的氮循环方向，将之用于食品生产。未来的研究者将会在我们时代的沉积物中捕捉到这一氮循环变化的蛛丝马迹。与此类似，为支撑电子器件的应用，我们也在疯狂地发掘各种稀有地质元素。如果不是因为人类活动，这些原本深埋地下的原子几乎不可能像如今这般徘徊于地球表面。而这也可能在未来的沉积物中有所表现。甚至于我们广泛地制造和使用人工合成的类固醇（synthetic steroids）的活动，在1000万年以后的地层当中也是可以被探测到的。
接下来不能不谈的自然是塑料制品。多项研究表明，数量日益增长的“海洋垃圾”散布在海床上的每个角落，从近海地区到深海乃至于北极都有它们的身影。风、太阳以及波涛的交互作用击碎了许多体积较大的塑料产品，令大量的塑料碎片沉入大海并逐渐遍布于海底，这一沉积层即便经历地质学级别的时间变迁，也依然会保存下来。
一个大问题是，我们留下的这些文明踪迹究竟能存在多长时间？根据我们的研究，我们发现它们将来都有一定几率沉积在地层当中。但颇有些讽刺的是，最有希望担当人类作为一种高级文明的存在证明的，竟然是那些由人类活动自身产生、但也对人类极为有害的副产品。
当我们燃烧化石燃料时，碳也就经由我们的排放而重新回到大气之中，这原本也是它的存在形态之一。上古时代沉积下来的碳在耗竭时会化为该元素的三类自然形成的变种之一，或曰同位素（这里谈论的是碳在自然界中循环的过程，地下的煤炭和石油燃烧之后会产生二氧化碳——译注）。我们愈是使用化石燃料，碳循环的平衡就愈有可能发生转变。大气科学家称此种转变为“苏斯效应”（Suess effect，人类自工业时代以来大量燃烧化石燃料，致使大气中碳14和碳12比率失衡——译注），因使用化石燃料而引致的碳的同位素比例变化，自上世纪以来是很容易看到的。温度的上升也留下了同位素信号。当未来的科学家分析那些暴露在外的、属于我们这个时代的岩层时，上述变化对他们来说应该是显而易见的。在此峰值之外，人类纪（Anthropocene）岩层的氮、纳米级塑料碎片乃至人工合成类固醇的含量，也许同样不会有多低。按照这番道理，假如我们的文明所留下的这些踪迹定然能长存于世的话，那么现今的岩层中是否也留有类似的史前文明“信号”等待我们去发掘？
5600万年前，地球经历了古新世-始新世热极限（Paleocene-Eocene Thermal Maximum，下文简称PETM），其平均温度与如今我们所体验到的相比要高出15华氏度。那是一个没有冰雪的世界，两极的夏季也十分温暖，达到了70华氏度。透过考察这一时期的同位素记录，科学家们注意到，那时碳与氧的同位素比例也出现了异常，与前文对人类纪之记录的假想并无二致。在地球演化的历史中，与此次热极限类似的时期出现过不止一次，其迹象也类似于前文所设想的“人类纪信号”。PETM之后过了数百万年，热极限再次出现（其学名为ELMO或ETM-2，时间点约为5370万年前——译注），而白垩纪（Cretaceous）发生的一系列事件也令海洋里的氧被消耗殆尽，持续了许多个千年才有所恢复（实际时间也许更久）。
以上种种事件，是否意味着史前时期曾经存在过非人类的工业文明？答案基本上是否定的。尽管有证据表明PETM或许是由地底下化石形态的碳大规模地释放到空气中所引致，但这些变化的时间尺度才是真正重要的。PETM的同位素峰值涨跌间隔达到了数十万年之久。令人类纪在地球史上显得特别突出的原因，在于我们将化石形态的碳释放到大气中的速度异常之快。与如今相比，地球上的二氧化碳含量在以往的地质时代各有高低、不尽相同，但可以肯定的一点是：之前从未有过如此多的地底碳以如此快的速度被释放到大气之中。就此而言，我们在地质记录里见到的同位素峰值，恐怕没有一个能满足上文所提到的“志留纪假设“的胃口。
但这里出现了一个难题。如果早期物种的工业活动是短命的，那我们恐怕就不那么容易看到它们了。PETM的峰值向我们表明：地球平复全球变暖之结果的时间尺度，与起初造成此变暖的时间尺度有所不同。因此，要在远古地层中找寻这种短命活动的证据，便需要有专门为此设计的、技艺非凡的查探方法。换言之，假如你并没打算直截了当地去追索这些证据，那你可能就与它们无缘了。这一认识或许是我们的研究所作出的最坚实结论。很少有人写论文时会提出自己并不支持的假设。但施密特与我都不相信5000万年前的古新世时期曾有文明一度在地球上存在过。然而，在回答我们能否真正“看到”远古工业文明这一问题之前，我们将不得不首先追问：当我们说某种文明可能在地球上留下某些影响时，这些所谓的影响究竟属于什么类型？这正是天体生物学研究气候变迁时的提问方式。文明建构意味着从地球上采集能源，以从事一些工作（例如文明建构这项工作本身）。一旦某文明取得了全球性的影响力，那么最初孕育该文明的、与之相配套的行星系统（空气、水、岩石）必定会对其有某种反馈。这一点对我们这种尚未穷尽科技潜能的年轻文明而言尤其成立。这即是说，没有免费午餐这回事。开发某些能源对地球的影响可能不是特别明显——试比较太阳能与化石燃料——但我们的确没法在维系一个全球性文明的同时又完全避免对地球造成某种程度的影响。
一旦你透过气候变迁这样的现象认识到了寻求低影响能量来源（lower-impact energy source）的必要性，那么你对地球的影响也就相应地变小了。因此，你的文明越是坚持永续发展的理念，它留给后代的信号也就越微弱。
值得补充的一点是，我们的工作还发现了一种目前仅为揣测的可能性：某些别的星球上或许也会发生以化石燃料为驱动力的文明兴衰循环。如果一个文明使用了化石燃料，那么他们所引发的气候变迁将会令海洋中的氧含量大幅度降低。较低的氧含量水准（学名为“海洋缺氧”，ocean anoxia）又会进一步影响到形成诸如石油和煤炭这样的化石燃料所必需的一些环境。如此这般，某个文明的消亡或将为未来新文明的兴起播下种子。
透过考察各种失落的远古文明，我们其实也在追问支配着一切生物圈（biosphere）之演化及其各方面创造潜能的普遍法则，追问文明兴衰的奥秘。今天，尽管古新世的“人们”有无发明出卡车这种问题尚无答案，我们也已经初步地体认到了这种创造潜能的深厚性。
（翻译：林达）
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