Ziemia miała magnetosferę 3,7 miliarda lat temu

Prowadzimy codzienne życie ukryte pod niewidzialnym polem magnetycznym generowanym głęboko w Ziemi. Tworzy magnetosferę, obszar zdominowany przez pole magnetyczne. Bez tej tarczy planetarnej bylibyśmy narażeni na szkodliwe promieniowanie kosmiczne i naładowane cząstki pochodzące ze Słońca.

Czy Ziemia zawsze miała tę tarczę odchylającą? Być może tak jest, a dowody znajdują się w starożytnych skałach. Zespół naukowców z Uniwersytetu Oksfordzkiego i Massachusetts Institute of Technology znalazł pierwsze dowody na jego obecność w kamieniach znalezionych wzdłuż wybrzeża Grenlandii w obszarze zwanym Pasem Superkryształowym Isua.

Geolodzy od dawna wiedzą, że cząsteczki żelaza w skałach „trapezują” ślad pola magnetycznego, który był obecny w momencie ich powstawania. Dlatego zespół badawczy odkrył skały, które powstały około 3,7 miliarda lat temu. Według liderki zespołu Claire Nicholls z Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Oksfordzkiego nie jest to łatwe zadanie. „Wydobywanie wiarygodnych danych ze skał w tym wieku jest niezwykle trudne” – zauważył Nichols. „To naprawdę ekscytujące zobaczyć, jak zaczęły się pojawiać pierwsze sygnały magnetyczne, gdy analizowaliśmy te próbki w laboratorium. To naprawdę ważny krok naprzód, gdy próbujemy określić rolę starożytnego pola magnetycznego, kiedy życie po raz pierwszy pojawiło się na Ziemi”.

Ta skała pochodzi z Grenlandii i ma 3,7 miliarda lat. Te ograniczone sygnatury pola magnetycznego pomagają naukowcom określić obecność naszej magnetosfery i pola magnetycznego, gdy formowała się ta skała. Dzięki uprzejmości: Claire Nicholls.

Próbki zespołu w momencie ich powstania zarejestrowały natężenie pola magnetycznego na poziomie 15 mikrotesli. Obecnie natężenie pola Ziemi jest bliższe 30 mikrotesli, więc nasze pole magnetyczne i magnetosfera najwyraźniej istnieją od miliardów lat. Oczywiste jest również, że pole zmienia się w czasie. Zespół naukowy odkrył również, że magnetosfera wczesnej Ziemi była zaskakująco podobna do tej obserwowanej obecnie.

Śledzenie magnetosfery Ziemi w czasie

W sercu naszej planety znajduje się potężne dynamo. Istnieją dwa rdzenie – jeden wewnętrzny i jeden zewnętrzny. Ruchy w obszarach jądra generują pole magnetyczne, które definiuje naszą magnetosferę. Roztopione żelazo miesza się i porusza w ciekłym rdzeniu zewnętrznym, a rdzeń wewnętrzny krzepnie. Te dwa działania razem tworzą to dynamo. To właśnie dzieje się dzisiaj wewnątrz naszej planety.

To przycięte zdjęcie Ziemi przedstawia znajomą atmosferę zewnętrzną, wodę i Ziemię, a także jej wnętrze: od płaszcza po jądro zewnętrzne i wewnętrzne. Prądy w gorącym, ciekłym żelazie i niklu w zewnętrznym jądrze tworzą ochronne, ale zmienne pole magnetyczne dla naszej planety. Źródło: Kelvinsong/Wikipedia

Jednakże, gdy Ziemia uformowała się około 4,5 miliarda lat temu, to stałe jądro wewnętrzne nie istniało. Bez interakcji między dwiema częściami jądra, którą widzimy dzisiaj, trudno jest stwierdzić, w jaki sposób mogło istnieć wczesne pole magnetyczne. Jest to otwarte pytanie wśród geologów i planetologów: jak powstało i jak przetrwało?

READ Śledź zabłąkaną rakietę kosmiczną do tajemniczego krateru na Księżycu

Kolejne pytanie dotyczy tego, jak bardzo pole magnetyczne planety zmienia się w czasie. Odpowiedź pomogłaby geologom zrozumieć, kiedy powstał stały rdzeń wewnętrzny. Pokaże także, ile ciepła uciekło z biegiem czasu z naszej planety z jej głębin. Ucieczka cieplna napędza ruch tektoniki płyt, która wykorzystuje duże „warstwy” skalne do przemieszczania obiektów na powierzchni przez setki milionów lat.

Co mówią nam skały?

Skały mają długą i złożoną historię. Powstają w postaci stopionej mieszaniny, która twardnieje, lub w przypadku piaskowców ułożonych warstwami, które następnie twardnieją. W przypadku stopionej skały ma ona sygnatury pola magnetycznego ograniczone do czasu powstawania. Mierząc te odciski palców, geolodzy biorą pod uwagę ogrzewanie, które z czasem może „zresetować” podpisy magnetyczne. Skały Grenlandii są stosunkowo czyste, co oznacza, że od czasu ich powstania nie uległy znacznemu nagrzaniu. Oznacza to, że ich magnetyczne odciski palców nie zmieniły się od czasu powstania.

Ochłodzenie lawy po erupcji. Skała ta ma sygnaturę uwięzionego pola magnetycznego od czasu jej powstania. Źródło: kalapanaculturetours.com

Według Benjamina Weissa z Massachusetts Institute of Technology skały są również niszczone przez wiatr, zmiany temperatury i erozję, ale próbki z Iswan wydają się stosunkowo nieskazitelne. „North Isoa zawiera najstarsze znane, dobrze zachowane skały na Ziemi” – powiedział Weiss. „3,7 miliarda lat temu nie tylko nie nagrzało się znacząco, ale także zostało oczyszczone przez pokrywę lodową Grenlandii”.

Skały w czasie

Skały badane przez zespół pochodzą z epoki archaiku, drugiej najstarszej ery geologicznej w historii Ziemi. Okres ten rozpoczął się około 4 miliardy lat temu i w tym okresie Ziemia była w dużej mierze obszarem oceanicznym z ograniczoną powierzchnią kontynentalną. Od tego czasu powierzchnia Ziemi bardzo się zmieniła, niszcząc lub grzebiąc skały z poprzednich epok. Znalezienie skał pochodzących z tak odległych czasów to wielka sprawa.

Skały Isuan pozostały stosunkowo niezmienione od czasu ich powstania i noszą ślady pola magnetycznego, które istniało niecały miliard lat po powstaniu planety. Możliwe, że to wczesne pole magnetyczne odegrało rolę w ewolucji atmosfery naszej planety, pomagając w usuwaniu ksenonu. Inne starożytne skały mogą powiedzieć naukowcom więcej o narodzinach pola magnetycznego. W Kanadzie, Australii i Republice Południowej Afryki znajdują się skały, które mogą dać unikalny pogląd na temat powstawania pola i jego roli w przystosowaniu Ziemi do zamieszkania.

READ Ten fizyk twierdzi, że podróże w czasie „wolne od paradoksów” są prawdopodobne