Eksistensen af ​​et magnetfelt for mere end 3,5 milliarder år siden er stadig til debat

Mikroskopiske mineraler udgravet fra et gammelt udspring af Jack Hills, i det vestlige Australien, har været genstand for intense geologiske undersøgelser, da de synes at bære spor af Jordens magnetfelt, der nåede så langt tilbage som for 4,2 milliarder år siden. Det er næsten 1 milliard år tidligere, end da man tidligere troede, at magnetfeltet opstod, og næsten tilbage til den tid, hvor planeten selv blev dannet.

Men hvor spændende denne oprindelseshistorie end kan være, et MIT-ledet hold har nu fundet beviser for det modsatte. I et blad udgivet i Videnskabens fremskridt , holdet undersøgte den samme type krystaller, kaldet zirkoner, udgravet fra samme fremspring, og har konkluderet, at zirkoner, de indsamlede, er upålidelige som optagere af gamle magnetfelter.

Med andre ord, juryen er stadig ude på, om Jordens magnetfelt eksisterede tidligere end for 3,5 milliarder år siden.

"Der er ingen robuste beviser for et magnetfelt før for 3,5 milliarder år siden, og selvom der var en mark, det vil være meget svært at finde beviser for det i Jack Hills zirkoner, " siger Caue Borlina, en kandidatstuderende i MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og Planetariske Videnskaber (EAPS). "Det er et vigtigt resultat i den forstand, at vi ved, hvad vi ikke skal kigge efter længere."

Borlina er avisens første forfatter, som også inkluderer EAPS professor Benjamin Weiss, Hovedforsker Eduardo Lima, og forsker Jahandar Ramezan fra MIT, sammen med andre fra Cambridge University, Harvard Universitet, University of California i Los Angeles, University of Alabama, og Princeton University.

En mark, ophidsede

Jordens magnetfelt menes at spille en vigtig rolle i at gøre planeten beboelig. Ikke alene bestemmer et magnetfelt retningen af ​​vores kompasnåle, det fungerer også som et slags skjold, aflede solvinden, som ellers kunne tære på atmosfæren.

Forskere ved, at Jordens magnetfelt i dag drives af størkningen af ​​planetens flydende jernkerne. Afkølingen og krystallisationen af ​​kernen rører det omgivende flydende jern op, skabe kraftige elektriske strømme, der genererer et magnetfelt, der strækker sig langt ud i rummet. Dette magnetfelt er kendt som geodynamoen.

Flere bevislinjer har vist, at Jordens magnetfelt eksisterede for mindst 3,5 milliarder år siden. Imidlertid, planetens kerne menes at være begyndt at størkne for kun 1 milliard år siden, hvilket betyder, at magnetfeltet må have været drevet af en anden mekanisme før 1 milliard år siden. At fastlægge præcis, hvornår magnetfeltet blev dannet, kunne hjælpe forskerne med at finde ud af, hvad der genererede det til at begynde med.

Borlina siger, at oprindelsen af ​​Jordens magnetfelt også kunne belyse de tidlige forhold, hvor Jordens første livsformer tog fat.

"I Jordens første milliard år, mellem 4,4 milliarder og 3,5 milliarder år, det var da livet dukkede op, Borlina siger. "Om du har et magnetfelt på det tidspunkt, har forskellige konsekvenser for det miljø, hvor livet opstod på Jorden. Det er motivationen for vores arbejde."

"Kan ikke stole på zirkon"

Forskere har traditionelt brugt mineraler i gamle klipper til at bestemme orienteringen og intensiteten af ​​Jordens magnetfelt tilbage gennem tiden. Når sten dannes og afkøles, elektronerne i individuelle korn kan skifte i retning af det omgivende magnetfelt. Når klippen afkøles forbi en bestemt temperatur, kendt som Curie-temperaturen, elektronernes orientering er sat i sten, så at sige. Forskere kan bestemme deres alder og bruge standardmagnetometre til at måle deres orientering, at estimere styrken og orienteringen af ​​Jordens magnetfelt på et givet tidspunkt.

Siden 2001 har Weiss og hans gruppe har studeret magnetiseringen af ​​Jack Hills-klipperne og zirkonkornene, med det udfordrende mål at fastslå, om de indeholder gamle registreringer af Jordens magnetfelt.

"Jack Hills zirkoner er nogle af de mest svagt magnetiske genstande, der er studeret i palæomagnetismens historie, " siger Weiss. "Desuden, disse zirkoner inkluderer de ældste kendte jordmaterialer, hvilket betyder, at der er mange geologiske begivenheder, der kunne have nulstillet deres magnetiske optegnelser."

I 2015 en separat forskergruppe, der også var begyndt at studere Jack Hills zirkoner, hævdede, at de fandt beviser for magnetisk materiale i zirkoner, som de daterede til at være 4,2 milliarder år gamle – det første bevis på, at Jordens magnetfelt kan have eksisteret før 3,5 milliarder år siden.

Men Borlina bemærker, at holdet ikke bekræftede, om det magnetiske materiale, de opdagede, faktisk blev dannet under eller efter zirkonkrystallen blev dannet for 4,2 milliarder år siden - et mål, som han og hans team tog på sig for deres nye papir.

Borlina, Weiss, og deres kolleger havde samlet sten fra det samme Jack Hills-fremspring, og fra disse prøver, udtrukket 3, 754 zirkonkorn, hver omkring 150 mikrometer lang - omkring bredden af ​​et menneskehår. Ved at bruge standard datingteknikker, de bestemte alderen på hvert zirkonkorn, som varierede fra 1 milliard til 4,2 milliarder år gammel.

Omkring 250 krystaller var ældre end 3,5 milliarder år. Holdet isolerede og afbildede disse prøver, leder efter tegn på revner eller sekundære materialer, såsom mineraler, der kan være blevet aflejret på eller inde i krystallen, efter at den var fuldstændig dannet, og søgte efter beviser for, at de blev betydeligt opvarmet i løbet af de sidste par milliarder år, siden de blev dannet. Af disse 250, de identificerede blot tre zirkoner, der var relativt fri for sådanne urenheder og derfor kunne indeholde passende magnetiske optegnelser.

Holdet udførte derefter detaljerede eksperimenter på disse tre zirkoner for at bestemme, hvilke slags magnetiske materialer de kunne indeholde. De fastslog til sidst, at et magnetisk mineral kaldet magnetit var til stede i to af de tre zirkoner. Ved hjælp af et kvantediamantmagnetometer med høj opløsning, holdet så på tværsnit af hver af de to zirkoner for at kortlægge placeringen af ​​magnetitten i hver krystal.

De opdagede magnetit, der lå langs revner eller beskadigede zoner i zirkonerne. Sådanne revner, Borlina siger, er stier, der tillader vand og andre elementer inde i klippen. Sådanne revner kunne have lukket sekundær magnetit ind, der satte sig i krystallen meget senere, end da zirkonen oprindeligt blev dannet. På den ene eller anden måde, Borlina siger, at beviserne er klare:Disse zirkoner kan ikke bruges som en pålidelig optager for Jordens magnetfelt.

"Dette er bevis på, at vi ikke kan stole på disse zirkonmålinger for registreringen af ​​Jordens magnetfelt, Borlina siger. "Vi har vist det, før 3,5 milliarder år siden, vi har stadig ingen idé om, hvornår Jordens magnetfelt startede."

På trods af disse nye resultater, Weiss understreger, at tidligere magnetiske analyser af disse zirkoner stadig er meget værdifulde.

"Teamet, der rapporterede den originale zirkon magnetiske undersøgelse, fortjener en masse ære for at forsøge at tackle dette enormt udfordrende problem, " siger Weiss. "Som et resultat af alt arbejdet fra begge grupper, vi forstår nu meget bedre, hvordan man studerer magnetismen af ​​gamle geologiske materialer. Vi kan nu begynde at anvende denne viden på andre mineralkorn og på korn fra andre planetariske legemer."