За последние 540 миллионов лет сила геомагнитного поля Земли и содержание кислорода в атмосфере изменялись синхронно, показало новое исследование международной группы учёных под руководством специалистов NASA (США). Статистическая корреляция между этими двумя параметрами оказалась устойчивой, а совпадающие пики в истории развития планеты дают важные подсказки о том, как глубокие процессы внутри Земли могли повлиять на условия, благоприятные для жизни.
Что именно нашли учёные?
Геомагнитное поле Земли генерируется в её жидком внешнем ядре за счёт движения расплавленного металла — в первую очередь железа. Это поле создаёт огромный магнитный пузырь, который защищает планету от потока зарядов ионизирующих частиц, исходящих от Солнца — так называемого солнечного ветра. Чем сильнее геодинамо, тем устойчивее магнитосфера, и тем лучше Земля может сопротивляться потере частиц атмосферы.
Учёные собрали две большие независимые базы данных:
- палеомагнитные записи, оставленные в древних горных породах (которые фиксируют силу и направление магнитного поля в геологическом прошлом);
- геохимические прокси-данные кислорода, косвенно определяемые через химические особенности осадочных пород, следы древних пожаров и распределение окислительных элементов.
Сравнение этих массивов показало, что история изменения магнитного поля и концентрации кислорода почти зеркально совпадает: оба параметра в целом росли и падали в те же периоды, а их максимумы наблюдались примерно между 330 и 220 миллионами лет назад. Корреляция между этими временными рядами превышает 0,7, что для геологических данных считается высокой.
Почему это открытие важно?
До сих пор магнитное поле рассматривалось преимущественно как «защитный щит», который препятствует потере атмосферы под воздействием солнечного ветра и космических частиц. Однако прямых подтверждений влияния геомагнетизма на состав атмосферы, особенно на уровень жизненно важного кислорода, не было. Новые данные показывают:
- изменения магнитного поля не случайны,
- они могут быть связаны с глобальными геологическими и биохимическими процессами,
- и возможно — влиять на долгосрочную эволюцию атмосферы.
Это не означает, что сильное магнитное поле всегда гарантирует рост кислорода, подчёркивают авторы исследования. Скорее всего, оба параметра — сила поля и концентрация кислорода — управляются скрытыми глубокими механизмами, которые включают в себя движение тектонических плит, потоки тепла из мантии и внутреннюю динамику ядра.
Какие механизмы могли связывать магнитное поле и кислород?
Учёные выделяют несколько возможных процессов:
1. Защитная функция магнитосферы.
Сильное геомагнитное поле более эффективно отклоняет солнечный ветер и ионизирующую радиацию, уменьшая потери атмосферных молекул в космосе. Это может косвенно способствовать более стабильному сохранению кислородсодержащих газов.
2. Влияние тектоники и суперконтинентов.
Собирание и распад крупных суперконтинентов (таких как Пангея) изменяет климат, вулканическую активность, скорость выветривания горных пород и круговороты газов. Эти процессы могут одновременно влиять и на тепловые потоки к ядру, и на способность атмосферы удерживать кислород.
3. Общие геохимические ци́клы.
Расширение суши, рост и коллапс лесов, океанская аноксия — все эти процессы связаны с биосферой и кислородным циклом. Взаимодействие биогеохимических процессов с геодинамикой остаётся предметом дальнейших исследований.
Что это означает для поиска жизни на других планетах?
Наблюдаемая связь между магнитным полем и кислородом поднимает важный вопрос для астробиологии: при оценке потенциальной обитаемости экзопланет следует учитывать не только наличие атмосферы и подходящей температуры, но и наличие длительного активного геодинамо (то есть мощного магнитного поля). Планеты без такого длительного магнитного щита могут испытывать более сильную утечку газов, что затрудняет накопление кислорода и создание условий для сложной жизни, аналогичной земной.
Перспективы дальнейших исследований
Авторы работы отмечают, что выбранный временной диапазон (приблизительно с кембрийского периода до наших дней) — лишь часть истории Земли. Следующий шаг — исследовать более древние эпохи и другие газовые компоненты атмосферы, например азот, чтобы проверить, сохраняется ли аналогичная корреляция. Это позволит глубже понять, насколько фундаментально магнитное поле и биохимия связаны на геологических временных шкалах.
Источники:
Статья создана по материалам earth.com
