Як слабкий магнітний імпульс міг спричинити еволюцію 600 мільйонів років тому?

Докази свідчать про те, що слабке магнітне поле мільйони років тому могло стати причиною життя.

Період Едіакара, який тривав приблизно від 635 до 541 мільйона років тому, був ключовим періодом в історії Землі. Це була трансформаційна епоха, під час якої з’явилися складні багатоклітинні організми, проклавши шлях до вибуху життя.

Але як відбувся цей сплеск життя і які чинники на Землі могли йому сприяти?

Дослідники з Університету Рочестера виявили переконливі докази того, що магнітне поле Землі було в дуже незвичайному стані, коли макроскопічна фауна диверсифікувалася та процвітала в едіакарський період. Їхнє дослідження було опубліковано в природи Комунікації Земля і довкілляЦе піднімає питання про те, чи призвели ці коливання в стародавньому магнітному полі Землі до змін рівня кисню, які могли бути вирішальними для відтворення форм життя мільйони років тому.

Дослідники з Університету Рочестера вивчали магнітне поле Землі під час Едіакарського перехідного періоду, який охоплював приблизно 635-541 мільйон років тому. Дослідження викликає питання про те, які фактори могли сприяти появі складних багатоклітинних організмів, таких як едіакарські тварини, відомі своєю схожістю з ранніми тваринами. Авторство зображення: ілюстрація Рочестерського університету/Майкл Осадчо

За словами Джона Тардуно, професора кафедри наук про Землю та навколишнє середовище Вільяма Кеннана-молодшого, однією з найвидатніших форм життя едіакарського періоду були едіакарські тварини. Вони відрізнялися своєю схожістю з ранніми тваринами, деякі з яких мали розмір більше метра (три фути) і були рухливими, що свідчить про те, що їм, можливо, потрібно було більше кисню, ніж попереднім формам життя.

«Попередні уявлення про появу цих дивовижних едіакарських тварин включали генетичні або екологічні фактори, але близький час із надзвичайно низьким магнітним полем спонукав нас переглянути екологічні проблеми, зокрема, кисень в атмосфері та океанах», — говорить Тардуно. . Він також є деканом наукового відділу в Коледжі мистецтв і наук і Коледжі інженерії та прикладних наук.

Магнітні таємниці Землі

Приблизно в 2800 милях під нами рідке залізо тече в зовнішнє ядро ​​Землі, створюючи захисне магнітне поле планети. Хоча магнітне поле невидиме, воно має важливе значення для життя на Землі, оскільки захищає планету від сонячного вітру – потоків радіації, що надходять від Сонця. Але магнітне поле Землі не завжди було таким сильним, як сьогодні.

Дослідники припустили, що надзвичайно низьке магнітне поле могло сприяти появі тваринного життя. Однак кореляцію було важко дослідити через обмежені дані про напруженість магнітного поля протягом цього часу.

Викопний відбиток дікінсонії, прикладу едіакарської фауни, знайдений у сучасній Австралії. Авторство: Shuhai Xiao, Virginia Tech

Тардуно та його команда використали інноваційні стратегії та методи для вивчення сили магнітного поля, вивчаючи магнетизм, виявлений у стародавніх кристалах польового шпату та піроксену з анортозитової породи. Кристали містять магнітні частинки, які зберігають намагніченість з моменту утворення мінералів. Датуючи гірські породи, дослідники можуть створити хронологію еволюції магнітного поля Землі.

Скористайтеся передовими інструментами, зокрема CO₂ Використовуючи лазери та надпровідний квантовий інтерферометр (SQUID) у лабораторії, команда ретельно проаналізувала кристали та магнетизм у них.

Слабке магнітне поле

Їхні дані свідчать про те, що магнітне поле Землі іноді в едіакарський період було найслабшим полем, відомим на сьогоднішній день — у 30 разів слабшим за сучасне магнітне поле — і що надзвичайно низька напруженість поля зберігалася щонайменше 26 мільйонів років.

Слабке магнітне поле на заряджених частинках від Сонця полегшує легким атомам, таким як водень, вилучення з атмосфери, змушуючи їх вилітати в космос. Якщо втрата водню велика, більше кисню може залишатися в атмосфері, а не реагувати з воднем з утворенням водяної пари. Ці реакції можуть з часом призвести до накопичення кисню.

Викопний відбиток Fractofusus, прикладу едіакарської фауни, був знайдений на території, яка зараз відома як Ньюфаундленд, розміром близького до канадського пенні. Авторство: Shuhai Xiao, Virginia Tech

Дослідження Тардуно та його команди показують, що в едіакарський період надзвичайно слабке магнітне поле викликало втрату водню протягом принаймні десятків мільйонів років. Ця втрата могла призвести до збільшення вмісту кисню в атмосфері та на поверхні океану, що дозволило виникнути більш просунутим формам життя.

Тардуно та його дослідницька група раніше виявили, що магнітне поле Землі відновило свою силу під час пізнього кембрію, коли більшість груп тварин почали з’являтися в літописі скам’янілостей, і захисне магнітне поле було відновлено, дозволяючи життю процвітати.

«Якби дуже слабке поле залишилося після Едіакарану, Земля виглядала б зовсім інакше, ніж багата водою планета, як вона виглядає сьогодні: втрата води могла б поступово висушити Землю», — каже Тардуно.

Базова динаміка та еволюція

Робота свідчить про те, що розуміння внутрішнього дизайну планет має вирішальне значення для роздумів про потенціал життя за межами Землі.

«Дивно думати, що процеси, що відбуваються в ядрі Землі, врешті-решт можуть бути пов’язані з еволюцією», — говорить Тардуно. «Оскільки ми розглядаємо можливість існування життя в інших місцях, нам також потрібно враховувати те, як формуються та еволюціонують внутрішні планети».

Додаткову інформацію про це дослідження див. у статті Як слабке магнітне поле Землі сприяло виникненню складного життя.

Довідка: «Неминучий колапс геомагнітного поля, можливо, сприяв насиченню атмосфери киснем і радіації тварин в Едіакарані» Вентао Хуан, Джон А. Ерік Дж. Блекман і Олексій В. Смірнофф, Габріель Арендт і Рорі Д. Коттрелл і Кеннет Б. Кодама та Річард К. Боно та Девід Дж. Сепік, Юнсян Лі, Френсіс Німмо, Шухай Сяо та Майкл К. Уоткс, 2 травня 2024 р. Зв’язок із землею та навколишнім середовищем.
doi: 10.1038/s43247-024-01360-4

Це дослідження було підтримано Національним науковим фондом США.