世界視訊！地球怎樣“死里逃生”？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了新線索

地球，是宇宙中人類已知唯一存在生命的天體，堪稱宇宙中最大的奇跡之一。

但是， 在幾億年前，地球經(jīng)歷了一次可能是毀滅性的災(zāi)難——磁場差點(diǎn)消失了，只剩下了可憐的 10%。

要知道，火星之所以沒有生命的存在，一個重要的原因就是火星的磁場“真真正正”地消失了，無法免受太陽風(fēng)的直接打擊。

(資料圖)

來自羅切斯特大學(xué)（University of Rochester）科學(xué)家及其合作者的最新研究顯示， 地球的磁場在 5.5 億年前神秘地開始恢復(fù)，使得地球避免了如同火星的命運(yùn)。

相關(guān)研究論文以“Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure”為題，已發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

是什么導(dǎo)致磁場反彈？

在我們腳下大約 1800 英里的地方，地球外核旋轉(zhuǎn)的液態(tài)鐵產(chǎn)生了地球的保護(hù)磁場。這個磁場是看不見的，但對地球表面的生命至關(guān)重要，因?yàn)樗Ｗo(hù)地球不受太陽輻射的太陽風(fēng)的影響。

然而，大約在 5.65 億年前，磁場強(qiáng)度下降到今天的 10%。

幸運(yùn)的是，磁場又神秘地“反彈”了回來，在地球上多細(xì)胞生物的寒武紀(jì)大爆發(fā)之前恢復(fù)了強(qiáng)度。這種“反彈”發(fā)生在幾千萬年間——在地質(zhì)時間尺度上是非常快速的——并且與地球固體內(nèi)核的形成相吻合，這表明 內(nèi)核可能是一個直接原因。

圖｜地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（來源：維基百科）

羅徹斯特大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)系地球物理學(xué)教授、藝術(shù)、科學(xué)與工程學(xué)院院長 John Tarduno 說：“內(nèi)核非常重要?！?“就在內(nèi)核開始增長之前，磁場處于崩潰的狀態(tài)，但一旦內(nèi)核開始增長，磁場就會重新生成?！?/strong>研究人員確定了內(nèi)核歷史的幾個關(guān)鍵日期，包括對其年齡的更精確估計(jì)。這項(xiàng)研究提供了有關(guān)地球的歷史和未來演化、地球如何成為宜居行星以及太陽系其他行星演化的線索。

羅徹斯特大學(xué)的研究人員利用古地磁確定了地核歷史上的這兩個關(guān)鍵日期，他們認(rèn)為地核恢復(fù)了地球上生命爆發(fā)前的磁場。

解碼古代巖石中的信息

地球是太陽系中由內(nèi)及外的第三顆行星，主體包括巖石圈、地幔、熔融態(tài)金屬的外地核以及固態(tài)金屬的內(nèi)地核，并擁有由外地核產(chǎn)生的地磁場。

圖｜太陽系（來源：維基百科）

由于磁場與地核的關(guān)系，科學(xué)家們幾十年來一直試圖確定地球磁場和地核在整個地球歷史上是如何變化的。由于地核中物質(zhì)的位置和極端溫度，他們無法直接測量磁場。

幸運(yùn)的是，被移動到地球表面的礦物含有微小的磁顆粒，這些磁顆粒在礦物從熔融狀態(tài)冷卻時鎖定了磁場的方向和強(qiáng)度。

為了更好地搞清楚內(nèi)核的年齡和生長，研究團(tuán)隊(duì)使用二氧化碳激光器和實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)量子干涉裝置（SQUID）磁強(qiáng)計(jì)來分析巖石斜長巖中的長石晶體。這些晶體內(nèi)部有微小的磁針，是完美的磁記錄器。

通過研究晶體中鎖住的磁場（即古地磁），研究人員確定了地核歷史上兩個新的重要日期：

5.5 億年前：在此之前的 1500 萬年前，地球磁場幾乎崩潰，此時開始快速更新。研究人員將磁場的快速更新歸因于固體內(nèi)核的形成，內(nèi)核為熔融的外核充電，并恢復(fù)了磁場的強(qiáng)度。

4.5 億年前：生長中的內(nèi)核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最內(nèi)部和最外部內(nèi)核之間的邊界形成。由于地表的板塊構(gòu)造，這些內(nèi)核的變化與上覆地幔結(jié)構(gòu)的變化幾乎發(fā)生在同一時間。

圖｜沒有地核；大約在 5.5 億年前，內(nèi)核開始生長；大約在 4.5 億年前，最外層和最內(nèi)部內(nèi)核邊界形成。

“因?yàn)槲覀兏_地圈定了內(nèi)核的年齡，我們可以探索現(xiàn)在的內(nèi)核實(shí)際上是由兩部分組成的事實(shí)?！薄暗厍虮砻娴陌鍓K構(gòu)造運(yùn)動間接地影響了地核，而這些運(yùn)動的歷史也深深印在了地核的結(jié)構(gòu)中?！?Tarduno 說。

避免類似火星的命運(yùn)

更好地理解內(nèi)核和磁場的動態(tài)和增長具有重要的意義，不僅可以揭示地球的過去和預(yù)測它的未來，而且也可以揭示其他行星可能形成磁場并維持生命所需條件的方式。

研究人員認(rèn)為，以火星為例，火星曾經(jīng)就有一個磁場，但后來消失了，使得火星很容易受到太陽風(fēng)的影響，導(dǎo)致火星表面沒有海洋。

雖然還不清楚沒有磁場是否會導(dǎo)致地球遭遇同樣的命運(yùn)，但研究人員表示， “如果地球的磁場沒有再生，地球肯定會失去更多的水。”“地球會比現(xiàn)在干燥得多，會非常不同?！?/strong>

就行星演化而言，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了磁場的重要性以及維持磁場的機(jī)制。

“這項(xiàng)研究確實(shí)強(qiáng)調(diào)了需要有一個像不斷增長的內(nèi)核這樣的東西，在行星的整個生命周期（幾十億年）中維持磁場?！?Tarduno 說。

參考鏈接

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31677-7