新研究提出了早期地球強大的磁場的證據，從而保護了生命的形成

2020-08-28 一點宇宙

為了確定過去的磁場方向和強度，研究人員對從澳大利亞收集到的鋯石晶體進行了測量和分析。鋯石大小約為0.1毫米，並且包含更小的磁性粒子，這些磁性粒子在形成鋯石時鎖定了地球磁場的磁化強度。圖中，鋯石晶體放在一角硬幣的「 O」內，以表示大小。


地球磁場減少生物收到太陽風的影響

在地球深處，旋轉的液態鐵產生了我們星球的保護磁場。磁場是看不見的，但對地球表面的生命至關重要：它使地球免受有害的太陽風和太陽發出的宇宙射線的影響。

考慮到磁場的重要性，科學家們一直在試圖弄清楚磁場在整個地球歷史上是如何變化的。這些知識可以為理解地球的未來進化以及太陽系中其他行星的進化提供線索。

羅徹斯特大學的最新研究提供了證據，證明在地球周圍首先形成的磁場比科學家以前認為的還要強。這項發表在《PNAS》雜誌上的研究將幫助科學家得出有關屏蔽性地球的持續性以及太陽系中是否存在其他具有維持生命的條件的行星的結論。

羅切斯特地球與環境科學教授，人文、科學與工程學系主任約翰·塔杜諾（John Tarduno）說：「這項研究告訴我們有關宜居星球的形成的一些信息。我們要回答的問題之一是為什麼地球如此發展，這為我們提供了更多證據證明磁屏蔽是在地球上很早就記錄下來的。」今天的地球磁場

今天的磁屏蔽層是在地球的外核中產生的。地球緻密的內芯中的高溫使由鐵水組成的外芯渦旋和攪動，產生電流，並驅動稱為地球發電機的現象，該現象為地球磁場提供動力。液體外芯中的電流受到從固態內芯流出的熱量的強烈影響。


由於磁芯材料所處的位置和極端溫度，科學家無法直接測量磁場。幸運的是，上升到地球表面的礦物含有微小的磁性粒子，這些粒子在礦物從熔融態冷卻時鎖定了磁場的方向和強度上。

研究人員使用新的古磁性物質、電子顯微鏡、地球化學和古磁場強度數據，對從澳大利亞收集的鋯石晶體（最古老的已知陸生材料）進行了測年和分析。大約0.2毫米的鋯石包含甚至更小的磁性粒子，這些磁性粒子會在形成鋯石時鎖定地球的磁場強度。地球磁場已存在40億年

塔杜諾先前的研究發現，地球磁場至少存在42億年之久，而且存在的時間幾乎與地球一樣長。另一方面，地球的內核是最近才加入的：根據今年早些時候塔杜諾及其同事發表的研究，它的形成僅在大約5.65億年前。


儘管研究人員最初認為地球的早期磁場強度很弱，但新的鋯石數據卻表明磁場強度更大。但是，由於尚未形成內核，因此，最初在40億年前發展起來的強大磁場必定由另一種機制提供動力。

塔杜諾說：「我們認為機理是地球內氧化鎂的化學沉澱。」

氧化鎂很可能被與形成地球月球的巨大撞擊有關的極端熱量溶解。隨著地球內部的冷卻，氧化鎂可能析出，從而驅動對流和地球發電機。研究人員認為，地球內部最終耗盡了氧化鎂，以至於5.65億年前磁場幾乎完全崩潰了。

但是地核的形成為地球發電機和地球目前擁有的磁屏蔽提供了新的動力。火星上的磁場

塔杜諾說：「早期的磁場非常重要，因為它在太陽風最強烈時保護了地球和大氣和水。磁場產生的機制幾乎肯定對其他行星等行星和系外行星很重要。」

比如，一個主要理論是，火星像地球一樣，在其歷史的早期就具有磁場。但是，在火星上，該場坍塌了，與地球不同，火星沒有產生新的場。

塔杜諾說：「一旦火星失去了磁屏蔽，它便失去了水分。」 「但是我們仍然不知道為什麼磁場會崩潰。早期的磁屏蔽層確實很重要，但是我們也對磁場的可持續性感興趣。這項研究為我們提供了更多數據，幫助我們找出一組過程維持地球上的磁屏蔽。」

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