Геологи анализировали обнаруженные в Южной Африке органические отложения, сформированные 2,65 – 2,5 миллионов лет назад, когда Земля была населена первыми бактериями. Исследование элементарного состава пород и соотношения в них органического и неорганического углерода позволило геологам заключить, что хотя в целом атмосфера была восстановительной, в зонах мелководья присутствовал кислород.
Для получения информации об атмосфере на основании геологических данных, авторы составили компьютерную модель, учитывающую, как состав атмосферы влияет на соотношение изотопов серы в отложениях. Накопление в атмосфере углеводородов приводило к снижению количества пропускаемого ультрафиолета, и это влияло на химические процессы на древней Земле, в конечном итоге приводя к изменению соотношения изотопов серы.
В отложениях была обнаружена периодичность, указывающая на нестабильность древней атмосферы. По словам исследователей, её состав колебался между двумя относительно устойчивыми состояниями — с низкой и высокой насыщенностью углеводородами, и основное влияние на эти колебания оказывали производящие метан бактерии.
В своей насыщенной органикой фазе атмосфера древней Земли становилась «дымчатой» и напоминала современную атмосферу крупнейшего спутника Сатурна — Титана. Это единственный спутник в солнечной системе, имеющий плотную атмосферу. Из-за большого количества метана Титан окружен настолько плотной дымкой, что она не позволяет увидеть его поверхность.