En ny studie, ledd av University of Oxford och MIT, har hittat ett 3,7 miljarder år gammalt rekord av jordens magnetfält, och fann att det verkar anmärkningsvärt likt det fält som omger jorden idag. Resultaten har publicerats i Journal of Geophysical Research .
Utan dess magnetfält skulle livet på jorden inte vara möjligt eftersom detta skyddar oss från skadlig kosmisk strålning och laddade partiklar som sänds ut av solen ('solvinden'). Men hittills har det inte funnits något tillförlitligt datum för när det moderna magnetfältet först etablerades.
I studien undersökte forskarna en gammal sekvens av järnhaltiga stenar från Isua, Grönland. Järnpartiklar fungerar effektivt som små magneter som kan registrera både magnetfältets styrka och riktning när kristalliseringsprocessen låser dem på plats. Forskarna fann att stenar från 3,7 miljarder år sedan fångade en magnetfältstyrka på minst 15 mikrotesla, jämförbar med det moderna magnetfältet (30 mikrotesla).
Dessa resultat ger den äldsta uppskattningen av styrkan hos jordens magnetfält som härrör från hela bergprover, vilket ger en mer exakt och tillförlitlig bedömning än tidigare studier som använt enskilda kristaller.
Ledande forskare professor Claire Nichols (Department of Earth Sciences, University of Oxford) sa:"Att extrahera tillförlitliga uppgifter från så här gamla stenar är extremt utmanande, och det var riktigt spännande att se primära magnetiska signaler börja dyka upp när vi analyserade dessa prover i labbet. Det här är ett riktigt viktigt steg framåt när vi försöker avgöra vilken roll det antika magnetfältet spelade när livet på jorden först växte fram."
Medan den magnetiska fältstyrkan verkar ha varit relativt konstant, är solvinden känd för att ha varit betydligt starkare tidigare. Detta tyder på att skyddet av jordens yta från solvinden har ökat med tiden, vilket kan ha låtit liv flytta till kontinenterna och lämna havens skydd.
Jordens magnetfält genereras genom blandning av det smälta järnet i den flytande yttre kärnan, driven av flytkrafter när den inre kärnan stelnar, vilket skapar en dynamo. Under jordens tidiga bildning hade den fasta inre kärnan ännu inte bildats, vilket lämnade öppna frågor om hur det tidiga magnetfältet upprätthölls.
Dessa nya resultat tyder på att mekanismen som driver jordens tidiga dynamo var lika effektiv som stelningsprocessen som genererar jordens magnetfält idag.
Att förstå hur jordens magnetiska fältstyrka har varierat över tiden är också nyckeln för att avgöra när jordens inre, solida kärna började bildas. Detta kommer att hjälpa oss att förstå hur snabbt värmen flyr från jordens djupa inre, vilket är nyckeln för att förstå processer som plattektonik.
En betydande utmaning i att rekonstruera jordens magnetfält så långt tillbaka i tiden är att varje händelse som värmer berget kan förändra bevarade signaler. Stenar i jordskorpan har ofta lång och komplex geologisk historia som raderar tidigare magnetfältsinformation.
Isua Supracrustal-bältet har dock en unik geologi, som sitter ovanpå en tjock kontinental skorpa som skyddar den från omfattande tektonisk aktivitet och deformation. Detta gjorde det möjligt för forskarna att bygga upp ett tydligt bevismaterial som stöder förekomsten av magnetfältet för 3,7 miljarder år sedan.
Resultaten kan också ge nya insikter om vilken roll vårt magnetfält spelar för att forma utvecklingen av jordens atmosfär som vi känner den, särskilt när det gäller atmosfäriskt utsläpp av gaser.
Ett för närvarande oförklarat fenomen är förlusten av den oreaktiva gasen xenon från vår atmosfär för mer än 2,5 miljarder år sedan. Xenon är relativt tungt och det är därför osannolikt att det helt enkelt har drivit ut ur vår atmosfär. Nyligen har forskare börjat undersöka möjligheten att laddade xenonpartiklar avlägsnades från atmosfären av magnetfältet.
I framtiden hoppas forskarna kunna utöka vår kunskap om jordens magnetfält före ökningen av syre i jordens atmosfär för omkring 2,5 miljarder år sedan genom att undersöka andra gamla stensekvenser i Kanada, Australien och Sydafrika.
En bättre förståelse av den uråldriga styrkan och variationen hos jordens magnetfält kommer att hjälpa oss att avgöra om planetariska magnetfält är avgörande för att hysa liv på en planetarisk yta och deras roll i atmosfärens evolution.
Mer information: Möjliga Eoarchean-rekord av det geomagnetiska fältet bevarat i Isua Supracrustal Belt, södra västra Grönland, Journal of Geophysical Research Solid Earth (2024). DOI:10.1029/2023JB027706
Tillhandahålls av University of Oxford
