Магнитное поле Земли играет ключевую роль в том, что наша планета становится пригодной для жизни. Защитный слой атмосферы защищает планету от солнечной радиации, ветров, космических лучей и резких перепадов температуры, рассказывает CNN.
Однако новое исследование показало, что 591 миллион лет назад магнитное поле Земли почти полностью разрушилось, и это изменение, как это ни парадоксально, могло сыграть ключевую роль в расцвете сложной жизни.
“В целом, поле является защитным. Если бы на ранних этапах истории Земли у нас не было поля, вода была бы унесена с планеты солнечным ветром (потоком заряженных частиц, движущихся от Солнца к Земле), – рассказывает Джон Тардуно, профессор геофизики в Университете Рочестера в Нью-Йорке и старший автор нового исследования. – Но в Эдиакарском периоде у нас был увлекательный этап в развитии глубин Земли, когда происходили процессы, создающие магнитное поле… За миллиарды лет оно стало настолько неэффективным, что поле почти полностью разрушилось.”
Исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment 2 мая, показало, что магнитное поле Земли, которое создается движением расплавленного железа во внешнем ядре Земли, было значительно слабее своей нынешней силы в течение как минимум 26 миллионов лет. Открытие постоянного ослабления магнитного поля Земли также помогло разрешить давнюю геологическую загадку о том, когда сформировалось твердое внутреннее ядро Земли.
Эти временные рамки совпадают с периодом, известным как Эдиакарский, когда на морском дне появились самые первые сложные животные, поскольку процентное содержание кислорода в атмосфере и океане увеличилось, поясняет CNN.
Эти странные животные едва ли напоминали сегодняшнюю жизнь — мягкие веера, трубочки и пончики, а также диски, такие как Дикинсония, которая вырастала до 1,4 метра в размерах, и похожая на слизняка кимберелла.
До этого времени жизнь была в основном одноклеточной и микроскопической. Исследователи полагают, что слабое магнитное поле могло привести к увеличению содержания кислорода в атмосфере, что позволило развиться ранней сложной жизни.
Известно, что напряженность магнитного поля Земли колеблется с течением времени, и кристаллы, сохранившиеся в горных породах, содержат крошечные магнитные частицы, которые фиксируют интенсивность магнитного поля Земли.
Первое доказательство того, что магнитное поле Земли значительно ослабло за этот период, было получено в 2019 году в результате исследования горных пород возрастом 565 миллионов лет в Квебеке, которое показало, что в тот момент магнитное поле было в 10 раз слабее, чем сегодня.
В последнем исследовании были собраны дополнительные геологические данные, указывающие на резкое ослабление магнитного поля, а информация, содержащаяся в скале возрастом 591 миллион лет, найденной на юге Бразилии, свидетельствует о том, что магнитное поле было в 30 раз слабее, чем сегодня.
Слабое магнитное поле было таким не всегда: команда исследовала аналогичные породы из Южной Африки, возраст которых составлял более 2 миллиардов лет, и обнаружила, что в тот момент магнитное поле Земли было таким же сильным, как и сегодня.
Тардуно объяснил, что в отличие от сегодняшнего дня, тогда внутренняя часть Земли была жидкой, а не твердой, что влияло на формирование магнитного поля.
“С течением миллиардов лет этот процесс становится все менее и менее эффективным, – говорит он. – И к тому времени, когда мы добираемся до Эдиакара, поле находится на последнем издыхании. Оно почти разрушается. Но затем, к счастью для нас, оно стало достаточно холодным, и внутреннее ядро начало генерировать (усиливая магнитное поле)”.
Появление самой ранней сложной формы жизни, которая могла бы появиться на морском дне в это время, связано с повышением уровня кислорода. По словам Тардуно, некоторые животные могут выживать при низком уровне кислорода, такие как губки и микроскопические животные, но более крупные животные с более сложными телами, которые двигаются, нуждаются в большем количестве кислорода.
Традиционно увеличение содержания кислорода в это время приписывалось фотосинтезирующим организмам, таким как цианобактерии, которые вырабатывали кислород, позволяя ему стабильно накапливаться в воде с течением времени, объясняет соавтор исследования Шухай Сяо, профессор геобиологии в Технологическом институте Вирджинии.
Однако новое исследование выдвинуло альтернативную или дополнительную гипотезу, предполагающую повышенную потерю водорода в космос при слабом геомагнитном поле.
“Магнитосфера защищает Землю от солнечного ветра, тем самым удерживая атмосферу на Земле. Таким образом, более слабая магнитосфера означает, что более легкие газы, такие как водород, будут теряться из атмосферы Земли”, - добавил Сяо по электронной почте.
Тардуно сказал, что одновременно могло происходить несколько процессов.
“Мы не оспариваем, что один или несколько из этих процессов происходили одновременно. Но слабое поле, возможно, привело к тому, что насыщение кислородом перешагнуло порог, способствуя радиации животных (эволюции)”, - объясняет Тардуно.
Питер Дрисколл, штатный научный сотрудник Лаборатории Земли и планет Научного института Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия, утверждает, что он согласен с выводами исследования о слабости магнитного поля Земли, но утверждение о том, что слабое магнитное поле могло повлиять на содержание кислорода в атмосфере и биологическую эволюцию, трудно поддается оценке. Он не принимал участия в исследовании.
“Мне трудно оценить достоверность этого утверждения, потому что влияние, которое магнитные поля планеты могут оказывать на климат, не очень хорошо изучено”, - сказал ученый.
Тардуно сказал, что их гипотеза “убедительна”, но для доказательства причинно-следственной связи могут потребоваться десятилетия сложной работы, учитывая, как мало известно о животных, живших в то время.
Геологический анализ также выявил интересные подробности о самой внутренней части центра Земли.
Оценки того, когда могло затвердеть внутреннее ядро планеты — когда в центре планеты впервые кристаллизовалось железо, — когда-то варьировались от 500 миллионов до 2,5 миллиардов лет назад.
Исследования напряженности магнитного поля Земли показывают, что возраст внутреннего ядра Земли находится на более молодом конце этой временной шкалы, оно затвердело после 565 миллионов лет назад и позволило магнитному щиту Земли восстановиться.
“Наблюдения, по-видимому, подтверждают утверждение о том, что внутреннее ядро впервые сформировалось вскоре после этого, переведя геодинамо (механизм, создающий магнитное поле) из слабого, нестабильного состояния в сильное, стабильное дипольное поле”, - рассказывает Дрисколл.
Тардуно сказал, что восстановление напряженности поля после Эдиакарского землетрясения с ростом внутреннего ядра, вероятно, сыграло важную роль в предотвращении высыхания богатой водой Земли.
Что касается причудливых животных Эдиакарии, то все они исчезли к следующему кембрийскому периоду, когда разнообразие жизни резко возросло и ветви древа жизни, знакомого сегодня, сформировались за относительно короткое время.