研究人员发现地球磁场最古老的无可争议的证据

由牛津大学和麻省理工学院领导的一项新研究恢复了37亿年前的地球磁场记录，并发现它与当今地球周围的磁场非常相似。研究结果发表在《地球物理研究杂志》上。

如果没有磁场，地球上的生命就不可能存在，因为它可以保护我们免受有害的宇宙辐射和太阳发射的带电粒子(“太阳风”)的影响。但迄今为止，现代磁场最初建立的时间还没有可靠的日期。

在这项研究中，研究人员检查了格陵兰岛伊苏阿的一系列古代含铁岩石。铁颗粒有效地充当微型磁铁，当结晶过程将它们锁定到位时，可以记录磁场强度和方向。研究人员发现，距今37亿年前的岩石捕获的磁场强度至少为15微特斯拉，与现代磁场(30微特斯拉)相当。

这些结果提供了对整个岩石样本中地球磁场强度的最古老的估计，这比以前使用单个晶体的研究提供了更准确和可靠的评估。

首席研究员克莱尔·尼科尔斯教授(牛津大学地球科学系)表示：“从如此古老的岩石中提取可靠的记录极具挑战性，当我们在实验室分析这些样本时，看到原始磁信号开始出现，真是令人兴奋当我们试图确定地球上生命首次出现时古代磁场的作用时，这是非常重要的一步。”

虽然磁场强度似乎保持相对恒定，但众所周知，太阳风在过去要强得多。这表明，随着时间的推移，地球表面对太阳风的保护有所增强，这可能使得生命能够离开海洋的保护而迁移到大陆上。

沿横断面提取样本，以比较35亿年前的火成岩侵入体与研究人员显示的周围岩石之间的差异，研究人员显示，周围的岩石保存着37亿年前的磁场记录。图片来源：克莱尔·尼科尔斯。

地球磁场是由流体外核中的熔融铁混合产生的，在内核凝固时受到浮力驱动，从而产生发电机。在地球早期形成期间，固体内核尚未形成，留下了早期磁场如何维持的悬而未决的问题。

这些新结果表明，驱动地球早期发电机的机制与当今产生地球磁场的凝固过程同样有效。

了解地球磁场强度如何随时间变化也是确定地球内部固体核心何时开始形成的关键。这将帮助我们了解热量从地球内部深处逸出的速度有多快，这是理解板块构造等过程的关键。

重建迄今为止的地球磁场的一个重大挑战是，任何加热岩石的事件都可能改变保存的信号。地壳中的岩石通常具有漫长而复杂的地质历史，从而抹去了以前的磁场信息。

然而，伊苏阿表壳带具有独特的地质特征，位于厚厚的大陆地壳顶部，这使其免受广泛的构造活动和变形的影响。这使得研究人员能够建立明确的证据来支持37亿年前磁场的存在。

研究结果还可能为我们的磁场在塑造我们所知道的地球大气层的发展中的作用提供新的见解，特别是在气体逃逸方面。

目前无法解释的现象是25亿多年前，惰性气体氙从我们的大气中消失了。氙相对较重，因此不太可能简单地从我们的大气层中飘出。最近，科学家们开始研究带电氙粒子被磁场从大气中去除的可能性。

未来，研究人员希望通过检查加拿大、澳大利亚和南非的其他古代岩石序列，扩大我们对大约25亿年前地球大气中氧气上升之前的地球磁场的了解。

更好地了解地球磁场的古代强度和变化将有助于我们确定行星磁场是否对于行星表面孕育生命及其在大气演化中的作用至关重要。

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