大約5.65億年前，地球上的生命躲過了一劫。根據1月28日發表在《自然地球科學》上的一項研究，磁層——像保護罩一樣環繞我們星球的磁場——已經退化到有史以來最低的強度。失去這種遮蔽，地球可能會遭受來自太陽的大氣侵蝕爆發的衝擊，逐漸失去大部分空氣和水，直到變得像今天的火星一樣乾燥荒涼。
相反，根據該研究的作者的說法，在地球內部深處正在發生一件事情，這將有助於磁層反彈。地球的液態鐵核心結晶，地球物理學家稱之為“成核”的過程。一旦凝固，旋轉的核心就像一個旋轉的發動機，加強了環繞地球的保護性電磁氣泡，避免了全星球範圍的破壞。反過來，這可能為寒武紀大爆發奠定了基礎，大約在5.41億年前，生物圈突然經歷了地球歷史上最大規模的進化擴張。
為了測量5億多年前地球的磁場，羅切斯特大學的地球物理學家約翰·塔杜諾和同事們研究了魁北克省稱為塞普蒂爾侵入岩帶的火成岩帶中古老矽酸鹽晶體中的磁性顆粒。火成岩帶由在到達地表之前冷卻的上升岩漿形成。當岩漿冷卻時，古強度，或者說當時地球磁場的強度，被鎖定在晶體中。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
地球物理學家透過加熱單晶體使其退磁，然後在磁場中重新加熱樣品以賦予磁性，從而確定了當時的古強度。研究人員在估計的75,000年晶體冷卻期間對結果進行平均後確定，大約5.65億年前的古強度比現代地球磁層弱大約10倍——這一發現與繪製地質時期磁層緩慢穩定增強的獨立研究結果一致。塔杜諾和他的同事們推測，地球不斷增長的核心導致了這種上升：隨著核心結晶，鐵和其他重元素向中心墜落，在核心的外部區域留下了較輕元素的液態層，引發了驅動地球發電機的長期對流。
據該研究以外的科學家稱，關於地球古代磁場的見解既不確定又罕見。“從更早的時間段獲取任何古地磁樣本都非常重要，因為我們擁有的資料太少了，”約翰霍普金斯大學的地球物理學家薩賓·斯坦利說。“目前，這只是特定時間間隔的一個數據點。”她表示，需要更多的資料點，儘管她也指出，磁層在5億年期間的明顯強度增加確實支援了研究人員的分析。厄瓜多雅柴科技大學的地球物理學家伊麗莎·皮斯帕警告說，塔杜諾小組使用的單晶體方法尚未被普遍接受。“古地磁學界的一些主要研究人員對此持非常懷疑的態度，”她說。另一方面，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究員克里斯塔·索德倫德表示，該團隊的結果與核心熱演化的其他幾種模型以及大量的其他古地磁觀測結果一致。
防護罩失效
塔杜諾和他的同事們發現的磁場減弱大約與5.42億年前的埃迪卡拉紀末期滅絕事件同時發生——這是一個原始的、固著的、生活在海洋中的生物的大規模死亡事件，發生在寒武紀大爆發之前。2016年，羅馬薩皮恩扎大學的地質學家卡洛·多格里奧尼提出，寒武紀新生物的繁榮部分原因是磁場強度的增長。“埃迪卡拉紀之後，磁偶極子在增加，”多格里奧尼說。“我們有一個良好且厚實的大氣層，可以保護我們免受電離輻射，因為我們有一個良好而強大的磁場。”化石證據表明，在埃迪卡拉紀末期滅絕事件中倖存下來的生物是透過鑽入海底而存活下來的——這是固定的埃迪卡拉紀生物群沒有的特徵，這些生物群已經滅絕了。至於殺戮的真正罪魁禍首，佛羅里達大學的地質學家約瑟夫·米爾特在2016年的一項研究中，將罪責歸咎於有害的紫外線和宇宙輻射，這些輻射在穿過古代地球減弱的磁場和稀薄的大氣層後照射到地表。“當防護罩失效時，埃迪卡拉紀的生物滅絕了，為後來的寒武紀大爆發清理了生態空間，”他說。
塔杜諾敦促人們謹慎。“這個[假設]的問題在於，地質記錄中關於它的證據非常稀少，”他說。“如果我們看看其他磁場非常微弱的時期，那將是在磁場反轉的最深處。所以那是一個非常短的時間段，可能只有幾百到幾千年。”
米爾特承認，其他磁場不穩定時期與滅絕事件沒有明顯的聯絡。“但事實是，在很長一段時間內，地球的磁場總體上較弱，這導致了滅絕，”他說。“我看待這個問題的方式是，從埃迪卡拉紀到早寒武紀，我們經歷了很長一段時間的弱磁場。”
塔杜諾說，儘管失去了磁場的保護，地球的大氣層和埃迪卡拉紀生物生活在海洋中的事實為他們提供了足夠的遮蔽，以抵禦有害輻射。但米爾特指出，埃迪卡拉紀早於陸生植物的存在，而陸生植物使現代水域被有機物質所覆蓋；可能是埃迪卡拉紀海洋的水域異常清澈，允許紫外線到達更深的深度。“水確實會衰減紫外線，但它不是萬能的，”他說。“紫外線可以穿透到相當深的深度，大約10米左右。許多埃迪卡拉生物可能生活在比這更淺的水域。”
英格蘭利物浦大學的地球科學家考特尼·斯普林沒有參與這兩項研究，他說需要更多的資料來確定埃迪卡拉紀滅絕的驅動因素。“我確實認為，未來有途徑可以更高層次地理解這一點，”她說。她指出，一種途徑是確定當時世界各地磁場是否都減弱了，或者這種現象是否侷限於塞普蒂爾侵入岩帶周圍。另一個方向是更好地限制磁層變遷的時間。
最終，斯普林說，確定埃迪卡拉紀滅絕的原因對於理解此後生命的進化至關重要。“這對今天地球正在發生的事情，我們正在看到的地球氣候的現代變化，以及幫助我們理解人類可能導致[這種]大規模生態崩潰的過程具有重要意義，”她補充道。“它幫助我們推斷出我們自己的未來。”