«Почти коллапс» магнитного поля Земли помог возникновению сложной жизни

Фото из открытых источников

Магнитное поле Земли меняло направление много раз за миллионы лет, иногда сопровождаясь временным ослаблением. Гораздо более длительный период уменьшения поля произошел между 591 и 565 миллионами лет назад. Вскоре после этого в геологических летописях появляются первые окаменелости сложных животных. Новое исследование предполагает, что, возможно, именно ослабление сделало это возможным, несмотря на очевидное противоречие с ролью поля в обеспечении возможности жизни. Исследование опубликовано в Communications Earth & Environment.

Геомагнитное поле — одна из вещей, которая отличает Землю от Венеры и Марса. Это помогло Земле противостоять разрушению ее атмосферы, которое в противном случае вызвал бы солнечный ветер, и действовало как щит от корональных выбросов массы, которые затопили бы планету радиацией. Поиски жизни за пределами Солнечной системы предполагают, что мощное магнитное поле является обязательным требованием, по крайней мере, для жизни на поверхности, а не глубоко внутри планеты.

Эта важность приводит к периодическим опасениям по поводу возможности ослабления, но попытки связать предыдущие спады напряженности поля с массовыми вымираниями, как правило, ни к чему не привели. Вместо этого новые исследования показывают, что одному из самых важных событий в истории жизни способствовало смягчение барьера между Землей и космической радиацией. 

Силу и направление поля в истории Земли можно определить по камням, которые сохраняют запись местного поля в момент их формирования, при условии, что последующее тепло не стерло ленту. Профессор Джон Тардуно из Рочестерского университета и его коллеги исследовали образец кристаллов плагиоклаза из Пассо да Фабиана Габброс в Бразилии, заложенный 591 миллион лет назад. Они нашли свидетельства самого низкого поля, когда-либо зарегистрированного, составляющего одну 30-ю от современного уровня, а также намного ниже, чем в более ранние даты. 

Опираясь на другие исследования, авторы утверждают, что поля ниже 10 процентов от сегодняшних существовали по меньшей мере 26 миллионов лет, включая один из самых важных периодов для жизни в истории Земли.

Хотя считается, что первые животные появились несколько раньше, они были микроскопическими или неподвижными видами, такими как современные губки. Первые активные существа, известные как эдиакарская фауна, появились в летописи окаменелостей около 560 миллионов лет назад. Считается, что повышение содержания кислорода в атмосфере и, следовательно, его растворения в океане было необходимым ингредиентом для прибытия сложных и очень подвижных животных, хотя количество дополнительного кислорода остается неясным.

Это делает повышение уровня кислорода одним из величайших изменений в игре всех времен, но причины этого до сих пор неясны. Тардуно и соавторы считают, что ослабление магнитного поля примерно в это время могло иметь решающее значение.

Нет никаких сомнений в том, что более слабое поле приведет к утечке большего количества водорода из атмосферы. Поскольку меньшее количество элементов будет свободно связываться с кислородом, у атмосферы планеты появится возможность измениться, улучшая жизнь.

Гораздо менее ясно, будет ли эффект более слабого поля достаточным для существенного изменения. В конце концов, большая часть кислорода, выделяющегося из-за нехватки водорода, вместо этого будет связываться с другими элементами.

Авторы признают, что трудно смоделировать, сколько больше кислорода будет доступно в более слабом поле. «Количественная оценка потерь водорода на Земле со сверхнизким полем является сложной задачей, поскольку она недоступна для наблюдений», — пишут они. Существующие модели предсказывают увеличение потерь водорода на величину от 30 до 1000 процентов, и это огромное изменение создает большую неопределенность в отношении результирующего увеличения кислорода.

Тем не менее, авторы считают такое повышение достаточным, чтобы сделать эдиакарскую фауну правдоподобной. «Самые высокие оценки могут привести к изменению содержания кислорода на несколько процентов… что может представлять собой возмущение или пересечение порога, что позволит диверсифицировать эдиакарских животных».

Они предполагают, что защитное поле могло уменьшиться настолько, что плазма в верхних слоях атмосферы подверглась воздействию солнечного ветра, что значительно увеличило потерю ионов водорода. Один фактор, который другие не приняли во внимание, заключается в том, что увеличение воздействия высокозаряженных частиц Солнца может привести к образованию большего количества оксидов азота, которые создают озоновые дыры, подобные той, которую человечество создало с помощью ХФУ. Это, в свою очередь, подвергнет нижние слои атмосферы дополнительному ультрафиолетовому излучению, которое может расщепить водяной пар на водород и кислород, при этом часть дополнительного водорода улетучится перед рекомбинацией.

Никто точно не знает, почему в это время поле Земли упало. Однако возможно, что если мы ищем планеты не только с жизнью, но и с развитой жизнью, такой как наша, нам нужны сильные магнитные поля, которые берут длительный отпуск в нужное время.