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(chǎng)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(gè)重要的原因就是火星的磁場(chǎng)“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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)是看不見的，但對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度下降到今天的 10%。

幸運(yùn)的是，磁場(chǎng)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(shí)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(gè)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(zhǎng) John Tarduno 說：“內(nèi)核非常重要?！?“就在內(nèi)核開始增長(zhǎng)之前，磁場(chǎng)處于崩潰的狀態(tài)，但一旦內(nèi)核開始增長(zhǎng)，磁場(chǎng)就會(huì)重新生成?！?/strong>研究人員確定了內(nèi)核歷史的幾個(gè)關(guān)鍵日期，包括對(duì)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(gè)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(chǎng)。

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(chǎng)。

圖｜太陽系（來源：維基百科）

由于磁場(chǎng)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(chǎng)和地核在整個(gè)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(cè)量磁場(chǎng)。

幸運(yùn)的是，被移動(dòng)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(shí)鎖定了磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度。

為了更好地搞清楚內(nèi)核的年齡和生長(zhǎng)，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(zhǎng)巖中的長(zhǎng)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(chǎng)（即古地磁），研究人員確定了地核歷史上兩個(gè)新的重要日期：

5.5 億年前：在此之前的 1500 萬年前，地球磁場(chǎng)幾乎崩潰，此時(shí)開始快速更新。研究人員將磁場(chǎng)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(chǎng)的強(qiáng)度。

4.5 億年前：生長(zhǎng)中的內(nèi)核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最內(nèi)部和最外部?jī)?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(shí)間。

圖｜沒有地核；大約在 5.5 億年前，內(nèi)核開始生長(zhǎng)；大約在 4.5 億年前，最外層和最內(nèi)部?jī)?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(dòng)間接地影響了地核，而這些運(yùn)動(dòng)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(chǎng)的動(dòng)態(tài)和增長(zhǎng)具有重要的意義，不僅可以揭示地球的過去和預(yù)測(cè)它的未來，而且也可以揭示其他行星可能形成磁場(chǎng)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(gè)磁場(chǎng)，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(chǎng)是否會(huì)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(chǎng)沒有再生，地球肯定會(huì)失去更多的水?！薄暗厍驎?huì)比現(xiàn)在干燥得多，會(huì)非常不同。”

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

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

參考鏈接

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