保存和共享古岩

地质学家认为他们知道地球历史的基本情况。液态水在地球上已经流淌了40亿年1。微量的氧气在大约23亿年前首次聚集在大气中2。地球经历了许多气候剧变时期，从7亿年前的完全冰冻到2.5亿年前如此迅速的变暖，以至于超过80%的海洋物种消失了4，5。它经历了更多的起伏。

这个故事可以用从古代岩石中拼凑出来的数据重建。但随着地质学家了解到更多，我们这个星球的故事正在变得更加模糊，而不是更加清晰。在过去的二十年里，围绕早期地球化学记录的许多方面爆发了争议，包括生命、环境和过去长期气候的演变(见“有争议的时间线”)。

例如，碳酸盐岩中碳同位素比率的变化通常被解读为记录了剧烈的全球环境变化，包括大规模的火山活动或氧气爆发6。相比之下，一些研究人员认为，这些记录随着时间的推移被当地的环境过程改变了，它们没有提供有关地球古代历史的信息7。只有将各种地质和化学工具8、9应用于产生碳同位素结果的同一样本，才能解决这一争论。

在过去的十年里，使用更好的工具和更大的数据库来回答问题的尝试只会放大争议。更糟糕的是，岩石样本往往没有存档或共享。研究人员通常将样本保存在私人收藏品中，而不是存放在可访问的、经过管理的机构档案馆或博物馆中。这是一个问题，因为不同的地球科学团队不能相互检查彼此的工作，以测试公布的结果是否稳健，是否可以复制。

我们呼吁研究人员、博物馆、资助者、科学协会和期刊确保所有产生和发表地球化学数据的沉积物和沉积岩样本都经过整理、存档，并提供给研究界成员。

地质记录很复杂，很难解释。很容易得出相互矛盾的结论，最常见的原因有以下四个。

委托书和档案馆。几种地球化学方法可以用来推断过去的条件，如温度。同样的方法适用于不同类型的沉积岩可能会导致不一致。例如，化学沉淀物(如硅质岩、碳酸盐或磷灰石)中重氧同位素与轻氧同位素的比率跟踪这些矿物形成时的海水温度。但即使是在同一块岩石中，重建的温度也可能不同，这取决于它们是在化石中测量的，还是在整个岩石样本的大量集合体中测量的。这是因为岩石本质上是不同矿物的组合，可能是在岩石漫长的地质历史的不同阶段形成的。了解过去气候的后果可能是戏剧性的。例如，在2.5亿年前的“大灭绝”期间，是否有一段时间的极端高温导致海洋生物死亡，目前还不清楚。目前，硫化物毒性、海洋酸化和二氧化碳中毒也被认为是杀死生物的可能机制。

同样，氧气水平是否低到足以将动物的出现推迟约40亿年--或地球历史的大部分时间，从而解决了查尔斯·达尔文(Charles Darwin)的两难境地--为什么复杂生命在化石记录中出现得这么晚--取决于研究的岩石和使用的分析方法8。例如，一项对沉积岩中气泡的分析9表明，早在26亿年前，地球表面的大气氧水平就足以支持动物。然而，这与一系列令人信服的证据相冲突，这些证据表明，在10、11这个时候，大气中的氧浓度几乎为零。当不同的团队无法对相同的样本进行研究时，提炼这样的代用品是极其具有挑战性的。

地理和时间上的变化。用来解决同一研究问题的岩石样本通常是从不同的地方采集的，这些岩石在不同的时间和非常不同的环境中沉积。这可能会产生完全不同的答案。例如，沉积物中的汞富集被用作大规模火山活动及其与大规模灭绝事件的联系的示踪剂12。然而，汞富集也可能来自野火或导致沉积有机质吸收重金属的当地沉积条件12。此外，不同的地理环境可能记录不同的汞富集，这取决于水深、溶解氧浓度、沉积物沉积速率以及火山本身的类型和位置12、13。所有这些都可能导致火山作用之间的虚假关联。仅使用已报告的地球化学数据集很难将地球系统随时间变化的全球变化信号与当地环境变异性分开。

分析重现性。即使岩石保存完好，实验也很难重复。测量结果通常与地球化学标准物质的测量结果进行核对，这些标准物质的成分已得到国际认可。然而，在分析过程中总是存在出错的可能性。这可能是由于样品制备(如岩石粉碎技术或用于制备样品的酸的类型)和仪器(机器类型、调谐)的不同，以及实验室条件的不同造成的。例如，对海洋碳酸盐的硼同位素测量是用于重建大气CO2水平的关键工具之一14。各种测量方法可以导致对CO2的估计相差超过百万分之400 14，这大致相当于今天在大气中发现的CO2的总浓度。

污染和改变。当沉积物变成岩石时，它们经历了许多过程，这些过程可以改变它们形成的地点和方式的地球化学信号。铺设在海底或湖底的沉积物可能会经历水位或盐度的变化，例如，如果它们被融化的水冲洗的话。热液作用和深部加热可能会从岩石中浸出化学物质，改变矿物组成。

地表附近收集的岩石可能会被地下水或其他污染物(如用于钻探岩心的石油)改变。例如，岩石中的有机残留物曾被认为是27亿年前光合作用微生物先驱产生氧气的证据，现在被承认可能是从地面钻探岩石所用的现代石油产品的污染。同样，关于古代岩石的化学成分是否记录了早在30亿年前的微生物产氧，还是这些岩石是否因与现代地下水的接触而受到损害，争论正在激烈进行。

如果没有获取和重新测量样本的能力，可能很难计算出结果和观点的差异是源于地球历史的复杂性，还是源于对具有不同程度蚀变的岩石的采样，还是来自分析问题。然而，样品存档不是无机或有机地球化学工作的标准协议的一部分，也不是一些古气候工作的标准协议的一部分(例如，除了储存的海洋钻芯或冰芯样品)。

为何会出现这种情况呢？许多科学家不愿分享他们辛辛苦苦收集的样本。毕竟，露头和钻探计划的田野工作成本很高。研究小组可能想要对一组样本进行多项地球化学研究，这需要时间。使用非常规同位素系统的大型地球化学研究可能需要几年时间才能提取数据集18。

对样本存档的其他障碍包括如何为存档提供资金，将样本存储在哪里，以及如何管理它们。显然，没有一家博物馆可以收藏所有的地质和地球化学样本。博物馆需要为这类藏品增加工作人员、空间和资金。

将其他领域的材料存档的倡议可以作为典范。其中包括全球基因组计划(Global Genome Initiative)，这是一个用于冷冻组织存储库的共享数据协议(参见go.nature.com/3f4erur)，以及用于生物数字数据的综合数字化生物收集项目。还需要在国际地质样本号(IGSN)等倡议的基础上，建立这些样本档案及其附件信息的全球数据库，以分配唯一标识和维护馆藏之间的记录。

一些地球科学领域已经将样本存放在公众可进入的博物馆。例如，150多年来，古生物学家一直被要求对科学出版物中正式描述的样本这样做。同样，博物馆拥有化石、陨石和生物样本的模式标本。资金充足的钻探项目也有严格的存档政策和精心策划的核心图书馆，如国际海洋发现计划(见go.nature.com/2xoumhh)。

公平数据倡议为数据归档提供了严格的指导方针，并已被许多发表地球和环境科学研究的期刊所采用，包括“科学”和“自然”(参见go.nature.com/2wv2jxd)。虽然这一倡议的推荐最佳做法已经包括样本存档，但这还没有作为出版的正式要求严格执行。

研究人员、自然历史博物馆、期刊编辑、科学协会和资助机构必须共同制定和实施标准化的档案政策。我们建议采取以下步骤。

地球化学研究人员应该定期将他们的样本送到博物馆。为了鼓励买入，我们建议设立一个禁售期，以推迟其他研究小组对已公布地球化学数据的每组样本进行的新研究。地球化学家还必须与博物馆合作，扩大收藏品的传统定义，将一系列不同的材料包括在内，从拳头大小的标本到岩石碎片、粉末和矿物颗粒。地球化学家应与受保护土地的保管人合作，鼓励纳入根据研究许可证收集的地球化学样品的档案政策和程序。

自然历史博物馆应该扩大他们的使命，存档和管理地质样品。他们应该分配可以记录在数字数据库中的唯一标识符。馆长必须决定可以提取多少样本，因为地球化学测试是破坏性的。在资源紧张的地方，博物馆将需要评估藏品的空间、财政和科学能力，并确定哪些样本是最必要的馆藏。

科学协会必须解决什么构成一个可接受的储存库的问题。例如，流星学会的陨石命名委员会就是这样做的。科学协会，如华盛顿特区的地球化学协会和法国奥比埃尔的欧洲地球化学协会，应该开始推荐合适的机构。

近几十年的实践表明，当明确的指导方针和编辑要求到位时，数据归档的快速变化是可能的。因此，我们希望看到期刊在支持公平数据倡议方面走得更远，要求对样本进行存档，并为出版指定数据库唯一标识符。

许多科学期刊使用核对表来管理数据存档。我们建议将这一做法用于样本存档，并在每份文件中包括储存库发放的样本标识符(以及机构间数据库工作分配的唯一标识符，如IGSN)。一个领域的所有重大变化都需要时间来发展，而编辑层面的变化可以帮助推动它们向前发展。期刊可以在相对较短的时间范围内实施这些政策，只要最初在样本沉积请求被拒绝时对存档任务做出例外。

资助机构应该要求研究人员的拨款提案包括样本存档程序，预算包括管理费。批评人士可能会争辩说，存档会减少可用于其他科学努力的资金。在我们看来，样本管理计划应被视为等同于支持研究工作流程其他基本组成部分的数据存档、出版费或机构管理费用的预算项目。

我们强烈建议不要设置普遍收费。样品在性质和大小上会有很大的不同，从千克级的样品到微克的分离矿物。因此，博物馆的成本同样将取决于机构资源和专业知识。然而，我们有信心，博物馆与资助机构和研究人员合作，将确保费用是自我调节的。

古生物样本的收集为所需的实践提供了一个类比。他们还表明，大规模存档是可能的。例如，位于康涅狄格州纽黑文的耶鲁皮博迪自然历史博物馆(Yale Peabody Museum Of Natural History)的无脊椎动物古生物部拥有约450万份标本，平均每年采集2000多份样本。除了策展研究人员，该部门还得到了两名全职工作人员的支持，其中一人负责新的收购。

我们估计每年大约有20万个新的沉积地球化学样本被分析。因此，我们重申，策展费用--即使是不高的费用--应该纳入研究拨款提案的预算。无论个别博物馆目前是否有足够的空间和馆藏支持，都需要额外的资金来满足对沉积地球化学样品的存档需求。

我们提供的指引需要社区和机构讨论和修订。尽管如此，所有最佳做法都必须建立在共同承诺的基础上--确保科学数据不脱离科学样本。