地球磁场在使我们的星球宜居方面起着关键作用。大气层上的保护泡可以保护地球免受太阳辐射、风、宇宙射线和温度的剧烈波动。
然而，新的研究发现，地球磁场在5.91亿年前几乎崩溃，矛盾的是，这种变化可能在复杂生命的开花中发挥了关键作用。
「总的来说，该领域是保护性的。如果我们在地球历史的早期没有一个领域，水就会被太阳风（从太阳流向地球的带电粒子流）从地球上剥离，「纽约罗切斯特大学地球物理学教授约翰·塔杜诺说。
「但是在埃迪卡拉纪，我们在地球深处的发展中经历了一个迷人的时期，当时产生磁场的过程......数十亿年后变得如此低效，以至于该领域几乎完全崩溃。
这项于5月2日发表在【通讯地球与环境】杂志上的研究发现，地球磁场是由地球外核中的铁水运动产生的，在至少2600万年的时间里明显弱于目前的强度。地球磁场持续减弱的发现也有助于解决一个持久的地质谜团，即地球固体内核何时形成。
这个时间框架与被称为埃迪卡拉纪的时期一致，当时随着大气和海洋中氧气百分比的增加，第一批复杂的动物出现在海底。
这些奇怪的动物几乎不像今天的生活——扁平的风扇、管子和甜甜圈，以及像迪金森尼亚这样的圆盘，它长到4.6英尺（1.4米）大，还有像蛞蝓一样的金伯雷拉。
在此之前，生命在很大程度上是单细胞和微观的。研究人员认为，微弱的磁场可能导致大气中氧气的增加，从而使早期复杂的生命得以进化。
揭示磁场的近乎坍塌
众所周知，地球磁场的强度会随着时间的推移而波动，保存在岩石中的晶体含有微小的磁性颗粒，这些磁性颗粒可以锁定地球磁场强度的记录。
2019 年，对魁北克 5.65 亿年前岩石的一项研究表明，地球磁场在此期间显着减弱的第一个证据表明，当时的磁场比今天弱 10 倍。
最新的研究整理了更多的地质证据，表明磁场急剧减弱，来自巴西南部一个地点的5.91亿年前的岩石中包含的信息表明，磁场比今天弱30倍。
弱磁场并不总是这样：研究小组检查了来自南非的类似岩石，这些岩石可以追溯到20多亿年前，发现当时地球的磁场和今天一样强。
Tarduno解释说，与现在不同的是，当时地球的最内层是液态的，而不是固体，这影响了磁场的产生方式。
「在数十亿年的时间里，这个过程变得越来越低效，」他说。
「当我们到达埃迪卡拉纪时，这片土地已经走到了尽头。它几乎要崩溃了。但幸运的是，对我们来说，它变得足够凉爽，以至于内核开始产生（加强磁场）。
此时沿着海底飘荡的最早的复杂生命的出现与氧气含量的上升有关。Tarduno说，一些动物可以在低氧水平下生存，例如海绵和微观动物，但具有更复杂身体的大型动物需要更多的氧气。
传统上，这段时间氧气的增加归因于光合生物，如蓝藻，它们产生氧气，使其随着时间的推移在水中稳定积聚，该研究的共同作者，弗吉尼亚理工大学地球生物学教授Shuhai Xiao解释说。
然而，这项新研究提出了一个替代或互补的假设，即当地磁场较弱时，氢气会增加到太空中的损失。
「磁层保护地球免受太阳风的影响，从而将大气层保持在地球上。因此，较弱的磁层意味着较轻的气体（如氢气）将从地球大气层中流失，「肖通过电子邮件补充道。
Tarduno说，多个过程可以同时进行。
「我们不质疑这些过程中的一个或多个同时发生。但弱场可能允许氧合越过阈值，帮助动物辐射（进化），「Tarduno说。
华盛顿特区卡内基科学研究所地球与行星实验室的科学家彼得·德里斯科尔（Peter Driscoll）表示，他同意这项研究关于地球磁场薄弱的发现，但弱磁场可能影响大气氧气和生物进化的说法很难评估。他没有参与这项研究。
「我很难评估这一说法的真实性，因为行星磁场可能对气候的影响还不是很清楚，」他通过电子邮件说。
Tarduno说，他们的假设是「可靠的」，但鉴于对当时生活的动物知之甚少，证明因果关系可能需要数十年的挑战性工作。
内核之谜
关于这颗行星的内核何时凝固的估计——铁第一次在行星中心结晶的时候——曾经在5亿到25亿年前。
对地球磁场强度的研究表明，地球内核的年龄处于该时间尺度的年轻一端，在5.65亿年前凝固，并允许地球的磁屏蔽反弹。
「这些观测结果似乎支持了这样一种说法，即内核在这段时间后不久首次成核，将地球发电机（产生磁场的机制）从弱，不稳定的状态推向强大，稳定的偶极场，」Driscoll说。
Tarduno说，埃迪卡拉纪之后，随着内核的增长，场强的恢复对于防止富含水的地球干燥可能很重要。
至于埃迪卡拉纪的奇异动物，它们都在随后的寒武纪时期消失了，当时生命的多样性爆发，今天熟悉的生命之树的树枝在相对较短的时间内形成。
