Tα παλαιότερα αδιαμφισβήτητα στοιχεία του μαγνητικού πεδίου της Γης

Ένα παράδειγμα του σχηματισμού λωρίδων σιδήρου ηλικίας 3,7 δισεκατομμυρίων ετών που βρίσκεται στο βορειοανατολικό τμήμα της Ζώνης  Isua Supracrustal.Φωτογραφία: Claire Nichols.

Οι ερευνητές βρίσκουν τα παλαιότερα αδιαμφισβήτητα στοιχεία του μαγνητικού πεδίου της Γης.

Μια νέα μελέτη, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και το MIT, ανακάλυψε ένα αρχείο 3,7 δισεκατομμυρίων ετών για το μαγνητικό πεδίο της Γης και διαπίστωσε ότι φαίνεται εντυπωσιακά παρόμοιο με το πεδίο που περιβάλλει τη Γη σήμερα. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο Journal of Geophysical Research.

Χωρίς το μαγνητικό του πεδίο, η ζωή στη Γη δεν θα ήταν δυνατή καθώς αυτό μας προστατεύει από την επιβλαβή κοσμική ακτινοβολία και τα φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπονται από τον ήλιο (ο «ηλιακός άνεμος»). Αλλά μέχρι τώρα, δεν έχει υπάρξει αξιόπιστη ημερομηνία για το πότε δημιουργήθηκε για πρώτη φορά το σύγχρονο μαγνητικό πεδίο.

Στη μελέτη, οι ερευνητές εξέτασαν μια αρχαία ακολουθία πετρωμάτων που περιέχουν σίδηρο από την Isua της Γροιλανδίας. Τα σωματίδια σιδήρου λειτουργούν αποτελεσματικά ως μικροσκοπικοί μαγνήτες που μπορούν να καταγράψουν τόσο την ένταση όσο και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου όταν η διαδικασία κρυστάλλωσης τα κλειδώσει στη θέση τους. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι βράχοι που χρονολογούνται πριν από 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια κατέλαβαν μια ισχύ μαγνητικού πεδίου τουλάχιστον 15 microtesla συγκρίσιμη με το σύγχρονο μαγνητικό πεδίο (30 microtesla).

Αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν την παλαιότερη εκτίμηση της ισχύος του μαγνητικού πεδίου της Γης που προέρχεται από ολόκληρα δείγματα πετρωμάτων, τα οποία παρέχουν μια πιο ακριβή και αξιόπιστη εκτίμηση από προηγούμενες μελέτες που χρησιμοποιούσαν μεμονωμένους κρυστάλλους.

Η επικεφαλής ερευνήτρια Καθηγήτρια Claire Nichols (Τμήμα Επιστημών της Γης, Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης) είπε: «Η εξαγωγή αξιόπιστων αρχείων από πετρώματα τόσο παλιά είναι εξαιρετικά δύσκολη και ήταν πραγματικά συναρπαστικό να βλέπουμε να αρχίζουν να εμφανίζονται πρωτογενή μαγνητικά σήματα όταν αναλύσαμε αυτά τα δείγματα στο εργαστήριο . Αυτό είναι ένα πραγματικά σημαντικό βήμα προς τα εμπρός καθώς προσπαθούμε να προσδιορίσουμε τον ρόλο του αρχαίου μαγνητικού πεδίου όταν πρωτοεμφανίστηκε η ζωή στη Γη».

Ενώ η ένταση του μαγνητικού πεδίου φαίνεται να παρέμεινε σχετικά σταθερή, ο ηλιακός άνεμος είναι γνωστό ότι ήταν σημαντικά ισχυρότερος στο παρελθόν. Αυτό υποδηλώνει ότι η προστασία της επιφάνειας της Γης από τον ηλιακό άνεμο έχει αυξηθεί με την πάροδο του χρόνου, γεγονός που μπορεί να επέτρεψε στη ζωή να μετακινηθεί στις ηπείρους και να αφήσει την προστασία των ωκεανών.

Εξήχθησαν δείγματα κατά μήκος των διατομών για να συγκριθεί η διαφορά μεταξύ πυριγενών εισβολών ηλικίας 3,5 δισεκατομμυρίων ετών και του γύρω βράχου που οι ερευνητές έδειξαν ότι κατέχει ρεκόρ του μαγνητικού πεδίου ηλικίας 3,7 δισεκατομμυρίων ετών. Φωτογραφία: Claire Nichols.

Το μαγνητικό πεδίο της Γης δημιουργείται από την ανάμειξη του τηγμένου σιδήρου στον ρευστό εξωτερικό πυρήνα, οδηγούμενο από δυνάμεις άνωσης καθώς ο εσωτερικός πυρήνας στερεοποιείται, οι οποίες δημιουργούν ένα δυναμό. Κατά τον πρώιμο σχηματισμό της Γης, ο συμπαγής εσωτερικός πυρήνας δεν είχε ακόμη σχηματιστεί, αφήνοντας ανοιχτά ερωτήματα σχετικά με το πώς διατηρήθηκε το πρώιμο μαγνητικό πεδίο.

Αυτά τα νέα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι ο μηχανισμός που οδηγεί το πρώιμο δυναμό της Γης ήταν εξίσου αποτελεσματικός με τη διαδικασία στερεοποίησης που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο της Γης σήμερα.

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ισχύς του μαγνητικού πεδίου της Γης έχει μεταβληθεί με την πάροδο του χρόνου είναι επίσης το κλειδί για τον προσδιορισμό του πότε άρχισε να σχηματίζεται ο εσωτερικός, συμπαγής πυρήνας της Γης. Αυτό θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πόσο γρήγορα διαφεύγει η θερμότητα από το βαθύ εσωτερικό της Γης, κάτι που είναι το κλειδί για την κατανόηση διεργασιών όπως η τεκτονική των πλακών.

Η συν-συγγραφέας της μελέτης Athena Eyster στέκεται μπροστά σε μια μεγάλη έκθεση σχηματισμού λωρίδων σιδήρου, πλούσιου σε σίδηρο κοιτάσματος από τον οποίο εξάγονταν αρχαία σήματα μαγνητικού πεδίου. Φωτογραφία: Claire Nichols.

Μια σημαντική πρόκληση στην ανακατασκευή του μαγνητικού πεδίου της Γης τόσο πολύ πίσω στο χρόνο είναι ότι οποιοδήποτε γεγονός που θερμαίνει τον βράχο μπορεί να αλλάξει τα διατηρημένα σήματα. Τα πετρώματα στον φλοιό της Γης έχουν συχνά μακρά και πολύπλοκη γεωλογική ιστορία που διαγράφει προηγούμενες πληροφορίες για το μαγνητικό πεδίο.

Ωστόσο, η Ζώνη του Υπερφλοιού της Isua έχει μια μοναδική γεωλογία, που βρίσκεται στην κορυφή ενός παχύ ηπειρωτικού φλοιού που την προστατεύει από εκτεταμένη τεκτονική δραστηριότητα και παραμόρφωση. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να δημιουργήσουν ένα σαφές σύνολο στοιχείων που υποστηρίζουν την ύπαρξη του μαγνητικού πεδίου πριν από 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Τα αποτελέσματα μπορεί επίσης να παρέχουν νέες γνώσεις για το ρόλο του μαγνητικού μας πεδίου στη διαμόρφωση της ανάπτυξης της ατμόσφαιρας της Γης όπως τη γνωρίζουμε, ιδιαίτερα όσον αφορά την ατμοσφαιρική διαφυγή αερίων.

Ένα ανεξήγητο προς το παρόν φαινόμενο είναι η απώλεια του μη αντιδραστικού αερίου ξένον από την ατμόσφαιρά μας πριν από περισσότερα από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Το Xenon είναι σχετικά βαρύ και επομένως είναι απίθανο να έχει απλώς παρασυρθεί από την ατμόσφαιρά μας. Πρόσφατα, οι επιστήμονες άρχισαν να διερευνούν την πιθανότητα τα φορτισμένα σωματίδια ξένου να αφαιρέθηκαν από την ατμόσφαιρα από το μαγνητικό πεδίο.

Στο μέλλον, οι ερευνητές ελπίζουν να επεκτείνουν τις γνώσεις μας για το μαγνητικό πεδίο της Γης πριν από την άνοδο του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης περίπου πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια, εξετάζοντας άλλες αρχαίες ακολουθίες πετρωμάτων στον Καναδά, την Αυστραλία και τη Νότια Αφρική.

Η καλύτερη κατανόηση της αρχαίας ισχύος και μεταβλητότητας του μαγνητικού πεδίου της Γης θα μας βοηθήσει να προσδιορίσουμε εάν τα πλανητικά μαγνητικά πεδία είναι κρίσιμα για τη φιλοξενία ζωής σε μια πλανητική επιφάνεια και τον ρόλο τους στην ατμοσφαιρική εξέλιξη.

Γεωδίφης με πληροφορίες από University of Oxford 

περισσότερα

Possible Eoarchean records of the geomagnetic field preserved in the Isua Supracrustal Belt, southern west Greenland, Journal of Geophysical Research Solid Earth (2024). DOI: 10.1029/2023JB027706