地质学家从格陵兰岛上发现了37亿年前的磁场记录

伊苏阿超级地壳带东北部有 37 亿年历史的带状铁质地层。资料来源：克莱尔-尼科尔斯

一项新的研究还原了 37 亿年前的地球磁场记录，发现它与今天地球周围的磁场极为相似。这项研究结果发表在今天（4 月 24 日）出版的《地球物理研究杂志》（Journal of Geophysical Research）上。

如果没有磁场，地球上的生命就不可能存在，因为磁场可以保护我们免受有害宇宙辐射和太阳发射的带电粒子（"太阳风"）的伤害。但是，迄今为止，现代磁场是何时开始形成的还没有一个可靠的日期。

研究人员沿着横断面提取样本，以比较 35 亿年前的火成岩侵入体与周围岩石之间的差异。资料来源：克莱尔-尼科尔斯

在这项新研究中，研究人员考察了格陵兰岛伊苏阿含铁岩石的古老序列。当结晶过程将铁微粒锁定在适当位置时，铁微粒可以有效地充当微小磁体，记录磁场强度和方向。研究人员发现，37 亿年前的岩石捕捉到的磁场强度至少为 15 微特斯拉，与现代磁场（30 微特斯拉）相当。

这些结果提供了从整个岩石样本中得出的地球磁场强度的最古老估计值，与以前使用单个晶体的研究相比，这些结果提供了更准确、更可靠的评估。

研究报告的合著者雅典娜-艾斯特（Athena Eyster）站在大片裸露的带状铁质地层前，这种富含铁质的沉积物正是提取古代磁场信号的来源。图片来源：克莱尔-尼科尔斯

首席研究员克莱尔-尼科尔斯（Claire Nichols）教授（牛津大学地球科学系）说："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，看到原生磁场信号开始出现，这真是令人兴奋。在我们试图确定地球生命最初出现时古磁场的作用时，这是向前迈出的非常重要的一步。"

虽然磁场强度似乎一直保持相对稳定，但已知太阳风在过去要强得多。这表明，随着时间的推移，地球表面免受太阳风侵袭的能力增强了，这可能使生命得以移居大陆，离开海洋的保护。

地球磁场是由流体外核中的熔融铁混合产生的，内核凝固时受到浮力的驱动，产生了发电机。在地球形成的早期，固体内核尚未形成，因此关于早期磁场是如何维持的问题仍未解决。这些新结果表明，驱动地球早期发电机的机制与今天产生地球磁场的凝固过程具有类似的效率。

了解地球磁场强度随时间的变化也是确定地球内部固体内核何时开始形成的关键。这将有助于我们了解热量从地球内部深处逸出的速度，而这对于了解板块构造等过程至关重要。

在如此久远的年代重建地球磁场的一个重大挑战是，任何加热岩石的事件都会改变保存下来的信号。地壳中的岩石往往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，伊苏阿超级地壳带地质独特，位于厚厚的大陆地壳之上，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一个清晰的证据体系，支持 37 亿年前磁场的存在。

这些结果还可能让我们对磁场在形成我们所知的地球大气层发展过程中的作用，尤其是大气层中气体的逸散，有了新的认识。目前无法解释的一个现象是，25 多亿年前，大气层中失去了不活跃的气体氙。氙气相对较重，因此不可能从大气中简单地飘散出去。最近，科学家们开始研究带电氙粒子被磁场从大气中清除的可能性。

未来，研究人员希望通过研究加拿大、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增加之前的地球磁场的了解。更好地了解古代地球磁场的强度和可变性，将有助于我们确定行星磁场是否是行星表面承载生命的关键，以及它们在大气演化中的作用。

编译来源：ScitechDaily