地球磁場約 5.9 億年前變弱 致大氣與海洋氧含量激增

如果地球磁場消失會怎樣?最新刊於《通訊地球與環境》的研究指,地球磁場在大約 5.91 億年前埃迪卡拉紀時期 (Ediacaran) 經歷了一次嚴重減弱,可能令當時大氣和海洋的氧氣含量變多,導致生物演化得比過往的更大、更靈活。

領導研究的紐約羅徹斯特大學行星科學家 John Tarduno 指出,如果團隊的說法是正確的話,該段時間將是演化史上一個「相當重要」的事件;而這些發現可能對其他行星上生命如何出現帶來重要資訊,並突顯了地球深處的地質如何影響大氣和地表。

地球磁場是由地球含鐵核心的運動所驅動,而磁場的強度則源於外部液體核心的濤動。這種濤動是由固體內核以每年約 1 毫米速度結晶時釋放的熱量造成。

然而,在內核凝固之前,地球已經有另一個磁場,該磁場是由完全液態的核心活動所形成,並將熱量釋放到地殼與核心中間的地幔 (mantle) 。隨著地核冷卻,以及地幔和地核之間的溫差縮小,這種熱量釋放的效率越來越低,從而減少了核心活動最終削弱磁場。

團隊指,這種磁場減弱在 5.91 億年前達到了最嚴重的程度,當時的磁場強度比現今弱 30 倍。團隊透過研究地表下形成的岩石微小晶體來確定之,因為岩石和晶體經過數萬到數十萬年的冷卻,捕捉了該時期磁場的平均強度。

在剛超過 20 億年的岩石中,磁場的強度與今天差不多,這顯示埃迪卡拉紀前液體核心的熱傳開始減弱;該核心更在埃迪卡拉紀期間凝固,在某個時間磁場更可能完全消失。但根據 Tarduno 隨後隨著核心開始結晶,新的磁場啟動。

Tarduno 指出,維持大約 2,600 萬年的弱磁場與埃迪卡拉氧化期重疊,這可能並非巧合。磁場像保護毯一樣包裹地球,但在南北極,磁力線直接進入太空。當磁場較弱時,兩極周圍的開放區域就會擴大。此間隙允許氫分子逃逸到太空中,當氫分子越少,意味著與氧結合的分子就越少,大氣和海洋中就會有更多的遊離氧,而這種突然增加的氧可能使生物體變得更大更靈活。

Tarduno 補充,這可能是地球的幸運時機。因為如果弱磁場保持得太耐,地球上的大部分水會消散。

來源:

Live Science, Collapse of Earth’s magnetic field may have fueled evolution of life 600 million years ago

報告:

Huang, W., Tarduno, J.A., Zhou, T. & et al. (2024). Near-collapse of the geomagnetic field may have contributed to atmospheric oxygenation and animal radiation in the Ediacaran Period. Commun Earth Environ 5, 207. doi: 10.1038/s43247-024-01360-4

文/AC

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