Hvordan undgik Jorden en Mars-lignende skæbne? Gamle klipper har spor

Cirka 1.800 miles under vores fødder genererer hvirvlende flydende jern i Jordens ydre kerne vores planets beskyttende magnetfelt. Dette magnetiske felt er usynligt, men er afgørende for livet på Jordens overflade, fordi det beskytter planeten mod solvinden - strålingsstrømme fra solen.

For omkring 565 millioner år siden faldt magnetfeltets styrke dog til 10 procent af dets styrke i dag. Så, på mystisk vis, vendte feltet tilbage og genvandt sin styrke lige før den kambriske eksplosion af flercellet liv på Jorden.

Hvad fik magnetfeltet til at hoppe tilbage?

Ifølge ny forskning fra forskere ved University of Rochester skete denne foryngelse inden for nogle få titusinder af år - hurtigt på geologiske tidsskalaer - og faldt sammen med dannelsen af ​​Jordens faste indre kerne, hvilket tyder på, at kernen sandsynligvis er en direkte årsag.

"Den indre kerne er enormt vigtig," siger John Tarduno, William R. Kenan, Jr., professor i geofysik ved Institut for Jord- og Miljøvidenskab og dekan for forskning for kunst, videnskab og teknik ved Rochester. "Lige før den indre kerne begyndte at vokse, var magnetfeltet ved sammenbrudspunktet, men så snart den indre kerne begyndte at vokse, blev feltet regenereret."

I papiret, udgivet i Nature Communications , bestemte forskerne flere nøgledatoer i den indre kernes historie, herunder et mere præcist skøn for dens alder. Forskningen giver fingerpeg om Jordens historie og fremtidige udvikling, og hvordan den blev en beboelig planet, samt udviklingen af ​​andre planeter i solsystemet.

Oplåsning af oplysninger i gamle klipper

Jorden er sammensat af lag:skorpen, hvor livet befinder sig; kappen, Jordens tykkeste lag; den smeltede ydre kerne; og den faste indre kerne, som igen er sammensat af en yderste indre kerne og en inderste indre kerne.

Jordens magnetfelt genereres i dens ydre kerne, hvor hvirvlende flydende jern forårsager elektriske strømme, der driver et fænomen kaldet geodynamoen, der producerer magnetfeltet.

På grund af magnetfeltets forhold til Jordens kerne, har forskere i årtier forsøgt at bestemme, hvordan Jordens magnetfelt og kerne har ændret sig gennem vores planets historie. De kan ikke direkte måle magnetfeltet på grund af placeringen og ekstreme temperaturer af materialer i kernen. Heldigvis indeholder mineraler, der stiger til Jordens overflade, små magnetiske partikler, der låser sig i magnetfeltets retning og intensitet på det tidspunkt, hvor mineralerne afkøles fra deres smeltede tilstand.

For bedre at begrænse alderen og væksten af ​​den indre kerne brugte Tarduno og hans team en CO₂ laser og laboratoriets superledende kvanteinterferensanordning (SQUID) magnetometer til at analysere feldspatkrystaller fra bjergarten anortosit. Disse krystaller har små magnetiske nåle i sig, som er "perfekte magnetiske optagere," siger Tarduno.

Ved at studere magnetismen låst i gamle krystaller – et felt kendt som palæomagnetisme – bestemte forskerne to nye vigtige datoer i historien om den indre kerne:

• 550 millioner år siden :det tidspunkt, hvor magnetfeltet begyndte at forny sig hurtigt efter et næsten sammenbrud 15 millioner år før det. Forskerne tilskriver den hurtige fornyelse af magnetfeltet dannelsen af ​​en solid indre kerne, der genopladede den smeltede ydre kerne og genoprettede magnetfeltets styrke.
• For 450 millioner år siden :det tidspunkt, hvor den voksende indre kernes struktur ændrede sig, hvilket markerede grænsen mellem den inderste og yderste indre kerne. Disse ændringer i den indre kerne falder sammen med ændringer omkring samme tid i strukturen af ​​den overliggende mantel på grund af pladetektonik på overfladen.

"Fordi vi begrænsede den indre kernes alder mere præcist, kunne vi udforske det faktum, at den nuværende indre kerne faktisk består af to dele," siger Tarduno. "Pladetektoniske bevægelser på Jordens overflade påvirkede indirekte den indre kerne, og historien om disse bevægelser er indprentet dybt inde i Jorden i den indre kernes struktur."

Undgå en Mars-lignende skæbne

Bedre forståelse af dynamikken og væksten af ​​den indre kerne og det magnetiske felt har vigtige implikationer, ikke kun i at afdække Jordens fortid og forudsige dens fremtid, men i at optrevle de måder, hvorpå andre planeter kan danne magnetiske skjolde og opretholde de nødvendige betingelser for at huse liv .

Forskere mener, at Mars for eksempel engang havde et magnetfelt, men feltet forsvandt og efterlod planeten sårbar over for solvind og overfladen uden oceaner. Selvom det er uklart, om fraværet af et magnetfelt ville have fået Jorden til at møde samme skæbne, "ville Jorden helt sikkert have mistet meget mere vand, hvis Jordens magnetfelt ikke var blevet regenereret," siger Tarduno. "Planeten ville være meget mere tør og meget anderledes end planeten i dag."

Med hensyn til planetarisk evolution understreger forskningen betydningen af ​​et magnetisk skjold og en mekanisme til at opretholde det, siger han.

"Denne forskning fremhæver virkelig behovet for at have noget som en voksende indre kerne, der opretholder et magnetfelt over hele livet - mange milliarder år - af en planet." + Udforsk yderligere

Ny forskning giver bevis for et stærkt tidligt magnetfelt omkring Jorden