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，地球經歷了一次可能是毀滅性的災難——磁場差點消失了，只剩下了可憐的 10%。

要知道，火星之所以沒有生命的存在，一個重要的原因就是火星的磁場“真真正正”地消失了，無法免受太陽風的直接打擊。

(資料圖)

來自羅切斯特大學（University of Rochester）科學家及其合作者的最新研究顯示， 地球的磁場在 5.5 億年前神秘地開始恢復，使得地球避免了如同火星的命運。

相關研究論文以“Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure”為題，已發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

是什么導致磁場反彈？

在我們腳下大約 1800 英里的地方，地球外核旋轉的液態鐵產生了地球的保護磁場。這個磁場是看不見的，但對地球表面的生命至關重要，因為它保護地球不受太陽輻射的太陽風的影響。

然而，大約在 5.65 億年前，磁場強度下降到今天的 10%。

幸運的是，磁場又神秘地“反彈”了回來，在地球上多細胞生物的寒武紀大爆發之前恢復了強度。這種“反彈”發生在幾千萬年間——在地質時間尺度上是非常快速的——并且與地球固體內核的形成相吻合，這表明 內核可能是一個直接原因。

圖｜地球的內部結構（來源：維基百科）

羅徹斯特大學地球與環境科學系地球物理學教授、藝術、科學與工程學院院長 John Tarduno 說：“內核非常重要。” “就在內核開始增長之前，磁場處于崩潰的狀態，但一旦內核開始增長，磁場就會重新生成。”研究人員確定了內核歷史的幾個關鍵日期，包括對其年齡的更精確估計。這項研究提供了有關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。

羅徹斯特大學的研究人員利用古地磁確定了地核歷史上的這兩個關鍵日期，他們認為地核恢復了地球上生命爆發前的磁場。

解碼古代巖石中的信息

地球是太陽系中由內及外的第三顆行星，主體包括巖石圈、地幔、熔融態金屬的外地核以及固態金屬的內地核，并擁有由外地核產生的地磁場。

圖｜太陽系（來源：維基百科）

由于磁場與地核的關系，科學家們幾十年來一直試圖確定地球磁場和地核在整個地球歷史上是如何變化的。由于地核中物質的位置和極端溫度，他們無法直接測量磁場。

幸運的是，被移動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冷卻時鎖定了磁場的方向和強度。

為了更好地搞清楚內核的年齡和生長，研究團隊使用二氧化碳激光器和實驗室的超導量子干涉裝置（SQUID）磁強計來分析巖石斜長巖中的長石晶體。這些晶體內部有微小的磁針，是完美的磁記錄器。

通過研究晶體中鎖住的磁場（即古地磁），研究人員確定了地核歷史上兩個新的重要日期：

5.5 億年前：在此之前的 1500 萬年前，地球磁場幾乎崩潰，此時開始快速更新。研究人員將磁場的快速更新歸因于固體內核的形成，內核為熔融的外核充電，并恢復了磁場的強度。

4.5 億年前：生長中的內核結構發生變化，最內部和最外部內核之間的邊界形成。由于地表的板塊構造，這些內核的變化與上覆地幔結構的變化幾乎發生在同一時間。

圖｜沒有地核；大約在 5.5 億年前，內核開始生長；大約在 4.5 億年前，最外層和最內部內核邊界形成。

“因為我們更精確地圈定了內核的年齡，我們可以探索現在的內核實際上是由兩部分組成的事實。”“地球表面的板塊構造運動間接地影響了地核，而這些運動的歷史也深深印在了地核的結構中。” Tarduno 說。

避免類似火星的命運

更好地理解內核和磁場的動態和增長具有重要的意義，不僅可以揭示地球的過去和預測它的未來，而且也可以揭示其他行星可能形成磁場并維持生命所需條件的方式。

研究人員認為，以火星為例，火星曾經就有一個磁場，但后來消失了，使得火星很容易受到太陽風的影響，導致火星表面沒有海洋。

雖然還不清楚沒有磁場是否會導致地球遭遇同樣的命運，但研究人員表示， “如果地球的磁場沒有再生，地球肯定會失去更多的水。”“地球會比現在干燥得多，會非常不同。”

就行星演化而言，這項研究強調了磁場的重要性以及維持磁場的機制。

“這項研究確實強調了需要有一個像不斷增長的內核這樣的東西，在行星的整個生命周期（幾十億年）中維持磁場。” Tarduno 說。

參考鏈接

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

關鍵詞： 研究人員 地球表面 板塊構造