Пример образования полосчатого железа возрастом 3,7 миллиарда лет, которое находится в северо-восточной части супракрустального пояса Исуа. Фото: Клэр Николс.
Новое исследование, проведенное Оксфордским университетом и Массачусетским технологическим институтом, восстановило запись магнитного поля Земли возрастом 3,7 миллиарда лет и обнаружило, что оно удивительно похоже на поле, окружающее Землю сегодня. Результаты были опубликованы в Журнале геофизических исследований.
Без магнитного поля жизнь на Земле была бы невозможна, поскольку оно защищает нас от вредного космического излучения и заряженных частиц, испускаемых Солнцем («солнечный ветер»). Но до сих пор не существует достоверной даты, когда впервые было установлено современное магнитное поле.
В ходе исследования ученые изучили древнюю последовательность железосодержащих пород из Исуа, Гренландия. Частицы железа эффективно действуют как крошечные магниты, которые могут фиксировать как силу, так и направление магнитного поля, когда процесс кристаллизации фиксирует их на месте. Исследователи обнаружили, что породы, датируемые 3,7 миллиарда лет назад, обладают силой магнитного поля не менее 15 микротесла, сравнимой с современным магнитным полем (30 микротесла).
Эти результаты дают старейшую оценку силы магнитного поля Земли, полученную на основе целых образцов горных пород, что обеспечивает более точную и надежную оценку, чем предыдущие исследования, в которых использовались отдельные кристаллы.
Ведущий исследователь профессор Клэр Николс (факультет наук о Земле Оксфордского университета) сказала: «Извлечение надежных записей из столь старых пород чрезвычайно сложна, и было действительно интересно видеть, как начинают проявляться первичные магнитные сигналы, когда мы анализировали эти образцы в лаборатории. .Это действительно важный шаг вперед, поскольку мы пытаемся определить роль древнего магнитного поля, когда жизнь на Земле впервые зародилась».
Хотя напряженность магнитного поля, по-видимому, оставалась относительно постоянной, известно, что солнечный ветер в прошлом был значительно сильнее. Это говорит о том, что защита поверхности Земли от солнечного ветра со временем усилилась, что, возможно, позволило жизни переместиться на континенты и покинуть защиту океанов.
Образцы были извлечены вдоль разрезов, чтобы сравнить разницу между магматическими интрузиями возрастом 3,5 миллиарда лет и окружающей породой, которая, как показали исследователи, обладает рекордным магнитным полем возрастом 3,7 миллиарда лет. Фото: Клэр Николс.
Магнитное поле Земли создается путем смешивания расплавленного железа в жидком внешнем ядре, которое приводится в движение силами плавучести по мере затвердевания внутреннего ядра, что создает динамо-машину. Во время раннего формирования Земли твердое внутреннее ядро еще не сформировалось, поэтому остаются открытыми вопросы о том, как поддерживалось раннее магнитное поле.
Эти новые результаты позволяют предположить, что механизм, приводивший в движение раннее динамо Земли, был столь же эффективен, как и процесс затвердевания, который сегодня генерирует магнитное поле Земли.
Понимание того, как сила магнитного поля Земли менялась с течением времени, также является ключом к определению того, когда начало формироваться внутреннее твердое ядро Земли. Это поможет нам понять, как быстро тепло уходит из недр Земли, что является ключом к пониманию таких процессов, как тектоника плит.
Соавтор исследования Афина Эйстер стоит перед большим обнажением полосчатого железного образования, богатого железом месторождения, из которого были извлечены древние сигналы магнитного поля. Фото: Клэр Николс.
Серьезной проблемой при реконструкции магнитного поля Земли в далеком прошлом является то, что любое событие, нагревающее породу, может изменить сохранившиеся сигналы. Породы в земной коре часто имеют долгую и сложную геологическую историю, которая стирает предыдущую информацию о магнитном поле.
Однако супракрустальный пояс Исуа имеет уникальную геологию: он расположен на вершине толстой континентальной коры, которая защищает его от обширной тектонической активности и деформаций. Это позволило исследователям собрать четкие доказательства, подтверждающие существование магнитного поля 3,7 миллиарда лет назад.
Результаты могут также дать новое понимание роли нашего магнитного поля в формировании атмосферы Земли, какой мы ее знаем, особенно в отношении выхода газов из атмосферы.
В настоящее время необъяснимым явлением является потеря нереактивного газа ксенона из нашей атмосферы более 2,5 миллиардов лет назад. Ксенон относительно тяжел, и поэтому маловероятно, что он просто вылетел из нашей атмосферы. Недавно ученые начали исследовать возможность того, что заряженные частицы ксенона были удалены из атмосферы магнитным полем.
В будущем исследователи надеются расширить наши знания о магнитном поле Земли до появления кислорода в атмосфере Земли около 2,5 миллиардов лет назад, исследуя другие древние породы в Канаде, Австралии и Южной Африке.
Лучшее понимание древней силы и изменчивости магнитного поля Земли поможет нам определить, имеют ли планетарные магнитные поля решающее значение для существования жизни на поверхности планеты и их роль в эволюции атмосферы.
Информация от: Оксфордским университетом
