地球磁场或早于预期形成于42亿年前,有助保护行星大气

地球磁场或早于预期-MAAMX

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由于几乎没有保存的岩石可供研究,地质学家艰难地重建地球冥古宙时期——45.5亿年前到40亿年前的景象。但从澳大利亚西部杰克山30亿年前的年轻岩石中,科学家可以找到零碎但有争议的线索。这些岩石中含有一种叫做锆石的坚硬矿物的微小晶体,它是从更古老的块体——42亿年前由冷却岩浆形成的冥古宙岩石上脱落的。

美国纽约罗彻斯特大学地球物理学家John Tarduno领导的一个国际研究团队称,这些晶体中还保存了古代地球磁场的证据。但并不是所有研究人员都相信这一结果,因为它把公认的地球磁场“生日”前推了7.5亿年。“有许多研究小组试图证明我们的发现是错误的,”Tarduno说,“这是科学的一部分。”

2015年,Tarduno及同事在《科学》上首次报告了这一发现。岩石中大约有24颗锆石,它们是一种含铁矿物——磁铁矿的微小颗粒,能有效地把每个晶体变成微型条状磁铁。研究人员发现,这些颗粒所含的磁场是一致的,只有当磁铁矿冷却且暴露在磁场中才会发生这种情况。

Tarduno团队说,磁化作用是42亿年前留下的印记,当时原始的含有锆石的岩石首次冷却。然而在任何一刻,如果磁铁矿颗粒变得足够热——超过约600摄氏度,它们将失去磁排列,并在再次冷却时重新获得新的磁排列。

麻省理工学院地质学家Benjamin Weiss对Tarduno的说法提出质疑,“26亿年前,可能就发生了这样的一次加热事件。”他说,“这些锆石有着令人难以置信的漫长且未知的历史。”

在近日的美国《国家科学院院刊》上,Tarduno研究团队收集了一系列新证据,证明磁化发生在冥古代而不是很久之后。锆石晶体中有富含锂离子的区域,被加热时,这些区域会随着时间的推移通过一种被称为化学扩散的过程渗入相邻区域。Tarduno和同事在3个锆石晶体中测量了这些区域边界的锂浓度。在两个晶体中,他们发现扩散的证据有限。Tarduno说,这说明它们在42亿年历史中,从未被加热到600摄氏度以上——它们的磁性特征是原始的。“我认为这是一个了不起的发现。”

更重要的是,在另一方面,显示出加热迹象的锆石晶体是一个例外:它保留了异常微弱的磁信号。2015年,Tarduno和同事得出结论,这可能是42亿年前奇怪变化的磁场的证据。但现在他认为,这颗特殊的锆石似乎后来获得了磁性,而在讨论地球最早的磁场时,它保留的微弱信号可以忽略不计。Tarduno说,这表明在冥古代时期,地球实际上有一个磁场,其核心有一个和今天一样强大的地磁发电机。

洛杉矶加利福尼亚大学地质学家Mark Harrison并不信服这一新研究。因为锂离子渗透过边界需要高温和很长的时间。如果加热使锆石的温度超过600摄氏度,尽管只保存了1万年(对地质学家而言,这是一瞬间),但却足以重置锆石的磁性而不扩散锂。“我不认为这是确凿的证据。”他说。

麻省理工学院地质学家Claire Nichols未参与任何杰克山的研究,她表示,通过分析格陵兰岛的岩石可知,地球的磁场至少37亿年前就存在了。“不同研究团队正相互推动使用越来越先进的技术,这很好。”她评价道,“这给了我们最佳机会去理解关于地磁发电机的最早纪录。”