地球磁場在使我們的星球宜居方面起著關鍵作用。大氣層上的保護泡可以保護地球免受太陽輻射、風、宇宙射線和溫度的劇烈波動。
然而，新的研究發現，地球磁場在5.91億年前幾乎崩潰，矛盾的是，這種變化可能在復雜生命的開花中發揮了關鍵作用。
「總的來說，該領域是保護性的。如果我們在地球歷史的早期沒有一個領域，水就會被太陽風（從太陽流向地球的帶電粒子流）從地球上剝離，「紐約羅切斯特大學地球物理學教授約翰·塔杜諾說。
「但是在艾迪卡拉紀，我們在地球深處的發展中經歷了一個迷人的時期，當時產生磁場的過程......數十億年後變得如此低效，以至於該領域幾乎完全崩潰。
這項於5月2日發表在【通訊地球與環境】雜誌上的研究發現，地球磁場是由地球外核中的鐵水運動產生的，在至少2600萬年的時間裏明顯弱於目前的強度。地球磁場持續減弱的發現也有助於解決一個持久的地質謎團，即地球固體內核何時形成。
這個時間框架與被稱為艾迪卡拉紀的時期一致，當時隨著大氣和海洋中氧氣百分比的增加，第一批復雜的動物出現在海底。
這些奇怪的動物幾乎不像今天的生活——扁平的風扇、管子和甜甜圈，以及像迪金森尼亞這樣的圓盤，它長到4.6英尺（1.4米）大，還有像蛞蝓一樣的金伯雷拉。
在此之前，生命在很大程度上是單細胞和微觀的。研究人員認為，微弱的磁場可能導致大氣中氧氣的增加，從而使早期復雜的生命得以前進演化。
揭示磁場的近乎坍塌
眾所周知，地球磁場的強度會隨著時間的推移而波動，保存在巖石中的晶體含有微小的磁性顆粒，這些磁性顆粒可以釘選地球磁場強度的記錄。
2019 年，對魁北克 5.65 億年前巖石的一項研究表明，地球磁場在此期間顯著減弱的第一個證據表明，當時的磁場比今天弱 10 倍。
最新的研究整理了更多的地質證據，表明磁場急劇減弱，來自巴西南部一個地點的5.91億年前的巖石中包含的資訊表明，磁場比今天弱30倍。
弱磁場並不總是這樣：研究小組檢查了來自南非的類似巖石，這些巖石可以追溯到20多億年前，發現當時地球的磁場和今天一樣強。
Tarduno解釋說，與現在不同的是，當時地球的最內層是液態的，而不是固體，這影響了磁場的產生方式。
「在數十億年的時間裏，這個過程變得越來越低效，」他說。
「當我們到達艾迪卡拉紀時，這片土地已經走到了盡頭。它幾乎要崩潰了。但幸運的是，對我們來說，它變得足夠涼爽，以至於內核開始產生（加強磁場）。
此時沿著海底飄蕩的最早的復雜生命的出現與氧氣含量的上升有關。Tarduno說，一些動物可以在低氧水平下生存，例如海綿和微觀動物，但具有更復雜身體的大型動物需要更多的氧氣。
傳統上，這段時間氧氣的增加歸因於光合生物，如藍藻，它們產生氧氣，使其隨著時間的推移在水中穩定積聚，該研究的共同作者，維珍尼亞理工大學地球生物學教授Shuhai Xiao解釋說。
然而，這項新研究提出了一個替代或互補的假設，即當地磁場較弱時，氫氣會增加到太空中的損失。
「磁層保護地球免受太陽風的影響，從而將大氣層保持在地球上。因此，較弱的磁層意味著較輕的氣體（如氫氣）將從地球大氣層中流失，「肖透過電子郵件補充道。
Tarduno說，多個過程可以同時進行。
「我們不質疑這些過程中的一個或多個同時發生。但弱場可能允許氧合越過閾值，幫助動物輻射（前進演化），「Tarduno說。
華盛頓特區卡內基科學研究所地球與行星實驗室的科學家彼得·德裏斯科爾（Peter Driscoll）表示，他同意這項研究關於地球磁場薄弱的發現，但弱磁場可能影響大氣氧氣和生物前進演化的說法很難評估。他沒有參與這項研究。
「我很難評估這一說法的真實性，因為行星磁場可能對氣候的影響還不是很清楚，」他透過電子郵件說。
Tarduno說，他們的假設是「可靠的」，但鑒於對當時生活的動物知之甚少，證明因果關系可能需要數十年的挑戰性工作。
內核之謎
關於這顆行星的內核何時凝固的估計——鐵第一次在行星中心結晶的時候——曾經在5億到25億年前。
對地球磁場強度的研究表明，地球內核的年齡處於該時間尺度的年輕一端，在5.65億年前凝固，並允許地球的磁遮蔽反彈。
「這些觀測結果似乎支持了這樣一種說法，即內核在這段時間後不久首次成核，將地球發電機（產生磁場的機制）從弱，不穩定的狀態推向強大，穩定的偶極場，」Driscoll說。
Tarduno說，艾迪卡拉紀之後，隨著內核的增長，場強的恢復對於防止富含水的地球幹燥可能很重要。
至於艾迪卡拉紀的奇異動物，它們都在隨後的寒武紀時期消失了，當時生命的多樣性爆發，今天熟悉的生命之樹的樹枝在相對較短的時間內形成。
