大約 27 億年前，在今天南非普列斯卡附近的奧姆德拉艾斯維萊農場，一場短暫的暴雨降落在最近火山爆發留下的一層新火山灰上（類似於2010 年冰島埃亞菲亞德拉冰蓋火山噴發產生的火山灰），形成了微小的隕石坑。隨後，更多的火山灰掩埋了這些隕石坑，並在漫長的歲月中硬化成被稱為凝灰岩的岩石。更接近現代的時候，其他暴雨侵蝕了上覆的凝灰岩，從而暴露了太古代雨滴的化石記錄，現在可能已經揭示了早期地球大氣層的密度。
透過雷射掃描古代雨滴形成的隕石坑——並將這些凹痕與今天灑在類似火山灰層上的水滴形成的凹痕進行比較——華盛頓大學西雅圖分校的物理學家桑喬伊·索姆和他的同事們推匯出了原始大氣層施加壓力的測量結果。科學家們在 3 月 29 日的《自然》雜誌上報告說，古代空氣的密度不可能比現在的大氣層大多少——事實上，可能要小得多。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
索姆解釋說：“27 億年前的氣壓最多是目前水平的兩倍，而且更可能不高於目前水平。” 這一判斷的關鍵是雨滴的大小。早在 1851 年，先驅地質學家查爾斯·萊爾就提出，測量雨滴的化石凹痕可能會揭示關於古代大氣層的細節。這些微型隕石坑的形成取決於古代雨滴的大小和速度。由於大氣層會對每個雨滴產生阻力，從而根據雨滴的大小限制其下降速度，因此如果能夠確定古代雨滴的大小，就可以確定大氣層可能有多厚。
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索姆指出，現代測量到的最大雨滴直徑為 6.8 毫米左右，這也是理論極限；更大的雨滴會破碎。由於物理定律在遙遠的過去可能也是相同的，這表明太古代的雨滴不會更大，並且對古代雨滴的大小設定了上限。限制古代雨滴可能有多大。此外，這種雨滴在現代暴雨中極其罕見，並且往往會以傾盆大雨的形式落下，而在太古代，傾盆大雨更有可能沖走火山灰，而不是形成可以化石化的隕石坑。
為了確定古代雨滴的大小，索姆和他的同事們將化石印記與他們從 27 米高空釋放不同大小的液滴到取自 2010 年冰島埃亞菲亞德拉冰蓋火山噴發和夏威夷的類似火山灰上時形成的隕石坑進行了比較。然後，他們使用“髮膠和低粘度液體聚氨酯塑膠”將這些現代隕石坑變成“岩石”。根據比較，他們得出結論，古代液滴的大小在 3.8 毫米到 5.3 毫米之間。
將這些數字代入雨滴大小、速度和大氣密度之間的數學關係，表明早期地球的大氣層施加的壓力最多是今天大氣層的兩倍——假設最大尺寸和速度的雨滴形成了隕石坑——更有可能大致相同，甚至只有現在壓力的一半。
更好地瞭解太古代地球大氣層的特性可能有助於解釋所謂的“暗淡太陽悖論”。數十億年前，太陽輻射較少，約為目前輸出的 85%，因此加熱地球的程度也較低。然而，化石記錄表明存在豐富的液態水以及其他溫暖、“宜人”氣候的跡象，正如索姆及其同事在分析中指出的那樣。對此最簡單的解釋是地球的大氣層中充滿了溫室氣體。索姆說，除了太陽當時穿過天空的速度更快（因為地球自轉速度更快）之外，“天空可能因氣體而變得朦朧”。此外，大氣層中缺乏大量的氧氣（因為沒有植物），這可能會減輕大氣壓力。“當時的地球看起來與今天截然不同。”
與這項新計算提出的情景一致的是，3 月 18 日發表在《自然地球科學》雜誌上的研究表明，早期大氣層經歷了“碳氫霧霾”時期的迴圈，其中包括甲烷等溫室氣體，甲烷如今更廣為人知的是天然氣。這種碳氫霧霾——有可能在今天被重新創造——有助於捕獲暗淡的年輕太陽的熱量，使地球變暖。
索姆認為，這解釋了宜人的地球——高濃度的更強溫室氣體，例如甲烷。“我們的工作表明，正是溫室氣體使地球保持溫暖，”索姆說，這是一個在現代仍在進行的過程。
當然，這一判斷依賴於一個假設——基於當時地質記錄中缺乏冰的證據，27 億年前的平均氣溫約為 20 攝氏度。“這可能是一種儲存偏差，”索姆承認。
然而，清晰地儲存下來的是古代雨的化石印記。這一記錄進一步證實，與今天的地球相比，早期地球本質上是一個外星世界——一個沒有植物生命的星球；月球軌道更近，驅動更強的潮汐；以及非常不同的大氣層。“然而，它非常有活力，”索姆指出，擁有豐富的微生物生命，包括光合細菌，現代植物生命的祖先，距離將氧氣注入大氣層僅有幾億年的時間。更好地瞭解這個星球的原始大氣層可能有助於科學家識別其他星球上的生命——並更好地理解溫室氣體的影響力。