研究人员发现了地球磁场最古老、无可争议的证据

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一个37亿年前的带状铁形成的例子，发现于伊苏阿-苏克拉斯塔尔带的东北部。来源：克莱尔·尼科尔斯。

（）据牛津大学：牛津大学和麻省理工学院领导的一项新研究恢复了37亿年前的地球磁场记录，发现它与今天地球周围的磁场非常相似。研究结果已发表在《地球物理研究杂志》上。

如果没有磁场，地球上的生命就不可能存在，因为这可以保护我们免受有害的宇宙辐射和太阳发射的带电粒子（“太阳风”）的影响。但到目前为止，现代磁场首次建立的时间还没有可靠的数据。

在这项研究中，研究人员检查了来自格陵兰岛伊苏阿的一系列古老的含铁岩石。铁颗粒有效地充当微小的磁铁，当结晶过程将其锁定在适当位置时，可以记录磁场强度和方向。研究人员发现，37亿年前的岩石所捕获的磁场强度至少为15微特斯拉，与现代磁场（30微特斯拉）相当。

这些结果提供了从整个岩石样本中得出的对地球磁场强度的最古老估计，这比以前使用单个晶体的研究提供了更准确和可靠的评估。

首席研究员克莱尔·尼科尔斯教授（牛津大学地球科学系）表示，“从如此古老的岩石中提取可靠的记录极具挑战性，当我们在实验室分析这些样本时，看到初级磁信号开始出现，真的很令人兴奋。这是向前迈出的非常重要的一步，因为我们试图确定地球上生命首次出现时古代磁场的作用。”

虽然磁场强度似乎保持相对恒定，但众所周知，太阳风在过去明显更强。这表明，随着时间的推移，对地球表面免受太阳风影响的保护作用有所增强，这可能使生命得以迁移到大陆上，而脱离了海洋的保护。



沿着样带提取样本，以比较35亿年前的火成岩侵入体与研究人员显示的保持37亿年前磁场记录的围岩之间的差异。来源：克莱尔·尼科尔斯。

地球磁场是由流体外核中的熔融铁混合产生的，内核凝固时浮力驱动，从而产生发电机。在地球的早期形成过程中，固体内核尚未形成，这就留下了早期磁场是如何维持的悬而未决的问题。

这些新结果表明，驱动地球早期发电机的机制与今天产生地球磁场的凝固过程相似。

了解地球磁场强度如何随时间变化也是确定地球内部固体核心何时开始形成的关键。这将有助于我们了解热量从地球内部深处逃逸的速度，这是了解板块构造等过程的关键。



研究合著者Athena Eyster站在带状铁构造的大面积暴露前，这是一个富含铁的矿床，从中提取了古代磁场信号。来源：克莱尔·尼科尔斯。

重建地球磁场的一个重大挑战是，任何加热岩石的事件都会改变保存的信号。地壳中的岩石往往具有漫长而复杂的地质历史，这些历史抹去了以前的磁场信息。

然而，伊苏阿-上地壳带具有独特的地质特征，位于厚大陆地壳之上，保护其免受广泛的构造活动和变形的影响。这使研究人员能够建立一个明确的证据体系，支持37亿年前磁场的存在。

研究结果还可能为我们所知的磁场在塑造地球大气层发展中的作用提供新的见解，特别是在气体的大气逃逸方面。

一个目前无法解释的现象是25亿年前我们大气中未反应的气体氙的损失。氙相对较重，因此不太可能简单地飘出大气层。最近，科学家们开始研究带电氙粒子被磁场从大气中清除的可能性。

未来，研究人员希望通过研究加拿大、澳大利亚和南非的其他古代岩石序列，扩大我们对大约25亿年前地球大气中氧气上升之前地球磁场的了解。

更好地了解地球磁场的古老强度和可变性，将有助于我们确定行星磁场是否对在行星表面孕育生命至关重要，以及它们在大气演化中的作用。