Nejstarší nezpochybnitelný důkaz magnetického pole Země byl objeven v Grónsku

Kolaborativní studie od Oxfordská univerzita A Massachusetts Institute of Technology NASA odhalila 3,7 miliardy let starý záznam magnetického pole z Grónska, který ukazuje, že starověké magnetické pole Země bylo stejně silné jako dnes, což je zásadní pro ochranu života stíněním před kosmickým a slunečním zářením.

Nová studie obnovila 3,7 miliardy let starý záznam magnetického pole Země a zjistila, že vypadá pozoruhodně podobně jako pole obklopující Zemi dnes. Výsledky byly dnes (24. dubna) zveřejněny v časopise Journal of Geophysical Research.

Bez magnetického pole by život na Zemi nebyl možný, protože nás chrání před škodlivým kosmickým zářením a nabitými částicemi emitovanými Sluncem („sluneční vítr“). Doposud však neexistuje spolehlivé datum, kdy se moderní magnetické pole poprvé objevilo.

Vzorky byly extrahovány podél transektů, aby se porovnal rozdíl mezi vulkanickými intruzemi starými 3,5 miliardy let a okolními horninami, o kterých vědci ukázali, že drží rekord magnetického pole staré 3,7 miliardy let. Kredit: Claire Nicholls

Zkoumání starých hornin

V nové studii vědci zkoumali starodávnou sekvenci hornin obsahujících železo z Isuy v Grónsku. Železné částice účinně působí jako drobné magnety, které dokážou registrovat sílu a směr magnetického pole, když je krystalizační proces drží na místě. Vědci zjistili, že horniny pocházející z doby před 3,7 miliardami let měly sílu magnetického pole nejméně 15 mikrotesla ve srovnání s moderním magnetickým polem (30 mikrotesla).

Tyto výsledky poskytují nejstarší odhad síly magnetického pole Země odvozený ze vzorků celých hornin, který poskytuje přesnější a spolehlivější hodnocení než předchozí studie, které používaly jednotlivé krystaly.

Spoluautorka studie Athena Easter stojí před velkou oblastí formace Banded Iron Formation, ložiska bohatého na železo, ze kterého byly extrahovány signály starověkého magnetického pole. Kredit: Claire Nicholls

Poznatky ze studie

Vedoucí výzkumná pracovnice profesorka Claire Nicholls (Department of Earth Sciences, University of Oxford) řekla: „Extrahovat spolehlivé záznamy z hornin tohoto věku je extrémně obtížné a bylo opravdu vzrušující vidět, jak se začínají objevovat počáteční magnetické signály, když jsme tyto vzorky analyzovali v roce laboratoř.“ . Toto je opravdu důležitý krok vpřed, když se snažíme určit roli starověkého magnetického pole, když se na Zemi poprvé objevil život.

Zatímco se zdá, že síla magnetického pole zůstala relativně konstantní, je známo, že sluneční vítr byl v minulosti mnohem silnější. To naznačuje, že ochrana zemského povrchu před slunečními větry se postupem času zvýšila, což možná umožnilo životu přesunout se na kontinenty a opustit ochranu oceánů.

Magnetické pole Země vzniká smícháním roztaveného železa ve vnějším jádru kapaliny, poháněné vztlakovými silami, zatímco vnitřní jádro tuhne a vytváří dynamo. Během raného formování Země se pevné vnitřní jádro ještě nevytvořilo, takže zůstaly otevřené otázky, jak bylo rané magnetické pole udržováno. Tato nová zjištění naznačují, že mechanismus pohánějící rané zemské dynamo byl podobně účinný jako proces tuhnutí, který dnes generuje magnetické pole Země.

Pochopení toho, jak se síla magnetického pole Země mění v čase, je také klíčové pro určení, kdy se začalo tvořit pevné vnitřní jádro Země. To nám pomůže pochopit, jak rychle teplo uniká z hlubokého nitra Země, což je klíčové pro pochopení procesů, jako je desková tektonika.

Geologické a meteorologické vlivy

Jednou z velkých výzev v dosavadní rekonstrukci magnetického pole Země je, že jakákoli událost, která způsobí zahřátí hornin, může změnit zachované signály. Horniny v zemské kůře mají často dlouhou a složitou geologickou historii, která vymazává minulé informace o magnetickém poli. Nadkrustový pás Isoa má však jedinečnou geologii, protože leží na silné kontinentální kůře, která jej chrání před rozšířenou tektonickou aktivitou a deformací. To umožnilo výzkumníkům vytvořit jasný soubor důkazů podporujících existenci magnetického pole před 3,7 miliardami let.

Výsledky mohou také poskytnout nový pohled na roli našeho magnetického pole při utváření vývoje zemské atmosféry, jak ji známe, zejména pokud jde o únik plynů z atmosféry. V současnosti nevysvětleným jevem je ztráta nezreagovaného xenonu z naší atmosféry před více než 2,5 miliardami let. Xenon je relativně těžký, a proto je nepravděpodobné, že by se jednoduše dostal z naší atmosféry. Nedávno vědci začali zkoumat možnost odstranění nabitých xenonových částic z atmosféry pomocí magnetického pole.

V budoucnu vědci doufají, že rozšíří naše znalosti o magnetickém poli Země před objevením se kyslíku v zemské atmosféře asi před 2,5 miliardami let, a to zkoumáním dalších starověkých sekvencí hornin v Kanadě, Austrálii a Jižní Africe. Lepší pochopení starověké síly a proměnlivosti zemského magnetického pole nám pomůže určit, zda jsou planetární magnetická pole nezbytná pro život na povrchu planety a jejich roli ve vývoji atmosféry.

Odkaz: „Pravděpodobné Eoarchean Records of the Geomagnetic Field Preserved in the Isua Supracrustal Belt, Southwest Grónsko“ od Clare I. O. Nicholls, Benjamin B. Weiss, Athena Easter, Craig R. Martin, Adam C. Maloof, Nigel M. Kelly, Mike J. Zawaski, Stephen J. Mojzis, E. Bruce Watson a Daniele J. Czerniak, 24. dubna 2024, Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
doi: 10.1029/2023JB027706