地球外核中的液態(tài)鐵在我們腳下大約1800英里處旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了我們星球的保護(hù)性磁場(chǎng)，稱(chēng)為磁層。雖然這個(gè)磁場(chǎng)是看不見(jiàn)的，但它對(duì)地球表面的生命至關(guān)重要。這是因?yàn)榇艑訛榈厍驌踝×藖?lái)自太陽(yáng)的輻射流。

然而，大約5.65億年前，磁場(chǎng)的強(qiáng)度下降到今天的10%。然后，神秘的是，磁場(chǎng)反彈了，就在地球上多細(xì)胞生命的寒武紀(jì)大爆發(fā)之前恢復(fù)了它的強(qiáng)度。

是什么導(dǎo)致了磁層的反彈?

根據(jù)羅切斯特大學(xué)科學(xué)家們的一項(xiàng)新研究，這種反彈發(fā)生在幾千萬(wàn)年內(nèi)。這在地質(zhì)學(xué)的時(shí)間尺度上是非常迅速的，并且與地球堅(jiān)固的內(nèi)核的形成相吻合，這表明內(nèi)核很可能是一個(gè)直接原因。

地球和環(huán)境科學(xué)系地球物理學(xué)教授、羅切斯特大學(xué)藝術(shù)、科學(xué)和工程研究院長(zhǎng)William R. Kenan, Jr.說(shuō)：“內(nèi)核是非常重要的。就在內(nèi)核開(kāi)始出現(xiàn)之前，磁場(chǎng)處于崩潰的狀態(tài)，但是內(nèi)核一開(kāi)始形成，磁場(chǎng)就再生了。”

在2022年7月19日發(fā)表在《自然通訊》雜志上的這篇論文中，科學(xué)家們確定了內(nèi)核歷史上的幾個(gè)關(guān)鍵日期，包括對(duì)其年齡的更精確估計(jì)。這項(xiàng)研究為地球的歷史和未來(lái)演變以及它如何成為一個(gè)宜居行星，以及太陽(yáng)系中其他行星的演變提供了新的線(xiàn)索。

解開(kāi)古代巖石中的信息

地球由幾層組成：存在生命的地殼;地幔，地球最厚的一層;熔化的外核;以及堅(jiān)固的內(nèi)核。地球的磁場(chǎng)是在其外核產(chǎn)生的。那里的液態(tài)鐵旋轉(zhuǎn)引起電流，驅(qū)動(dòng)一種叫做“地球發(fā)電機(jī)”的現(xiàn)象，產(chǎn)生磁場(chǎng)。

由于磁場(chǎng)與地核的關(guān)系，幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直試圖確定地球的磁場(chǎng)和核心在我們星球的歷史上是如何變化的。由于地核中材料的位置和極端溫度，他們無(wú)法直接測(cè)量磁場(chǎng)。幸運(yùn)的是，上升到地球表面的礦物含有微小的磁性粒子，在礦物從熔融狀態(tài)冷卻和凝固的時(shí)候，這些粒子鎖定了磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度。

為了更好地約束內(nèi)核的年齡和生長(zhǎng)，Tarduno和他的團(tuán)隊(duì)使用二氧化碳激光器和實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)量子干涉裝置(SQUID)磁力計(jì)來(lái)分析來(lái)自巖石正長(zhǎng)巖的長(zhǎng)石晶體。這些晶體內(nèi)有微小的磁針，是"完美的磁記錄器"，Tarduno說(shuō)。

通過(guò)研究鎖定在古代晶體中的磁性--一個(gè)被稱(chēng)為古地磁學(xué)的領(lǐng)域，研究人員確定了內(nèi)核歷史中兩個(gè)新的重要日期：

5.5億年前：這是磁場(chǎng)在1500萬(wàn)年前幾乎崩潰后開(kāi)始迅速更新的時(shí)間。研究人員將磁場(chǎng)的快速更新歸功于固體內(nèi)核的形成，它為熔化的外核“充電”并恢復(fù)了磁場(chǎng)的強(qiáng)度。

4.5億年前：成長(zhǎng)中的內(nèi)核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的時(shí)間，標(biāo)志著最內(nèi)層和最外層內(nèi)核之間的邊界。內(nèi)核的這些變化與上覆地幔的結(jié)構(gòu)在同一時(shí)間的變化相吻合，這是由于地表的板塊構(gòu)造造成的。

“由于我們更準(zhǔn)確地約束了內(nèi)核的年齡，我們可以探索這樣一個(gè)事實(shí)：今天的內(nèi)核實(shí)際上是由兩部分組成的，”Tarduno說(shuō)。“地球表面的板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)間接地影響了內(nèi)核，而這些運(yùn)動(dòng)的歷史則印在地球內(nèi)部深處的內(nèi)核結(jié)構(gòu)中。”

研究人員認(rèn)為，例如，火星曾經(jīng)有一個(gè)磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)消散了。這使得這個(gè)星球容易受到太陽(yáng)風(fēng)的影響，表面沒(méi)有海洋。雖然目前還不清楚沒(méi)有磁場(chǎng)是否會(huì)導(dǎo)致地球遭遇同樣的命運(yùn)，但“如果地球的磁場(chǎng)沒(méi)有再生，地球肯定會(huì)失去更多的水，”Tarduno說(shuō)。“地球?qū)⒆兊酶痈稍?，與今天的地球大不相同。”

他說(shuō)，就行星演化而言，這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了磁屏蔽和維持磁屏蔽機(jī)制的重要性。“這項(xiàng)研究真正強(qiáng)調(diào)了需要有一個(gè)類(lèi)似于不斷增長(zhǎng)的內(nèi)核的東西，在一個(gè)星球的整個(gè)生命期--幾十億年內(nèi)維持一個(gè)磁場(chǎng)。”

更好地了解內(nèi)核和磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)和增長(zhǎng)具有重要的意義，不僅可以揭開(kāi)地球的過(guò)去和預(yù)測(cè)它的未來(lái)，而且可以解開(kāi)其他行星可能形成磁屏蔽和維持孕育生命的必要條件的途徑。