Ослаблення магнітного поля Землі 590 мільйонів років тому стало ключем до появи складного життя

Магнітне поле Землі багато разів змінювало напрямок протягом мільйонів років, іноді супроводжуючись тимчасовим ослабленням. Набагато довший період, коли поле послаблювалося, припав на період між 591 і 565 мільйонами років тому. Невдовзі після цього в геологічній історії з’являються перші скам’янілості складних тварин. Нове дослідження припускає, що саме ослаблення поля зробило це можливим, незважаючи на очевидне протиріччя з роллю поля у створенні життя.

Геомагнітне поле – одна з речей, яка відрізняє Землю від Венери та Марса. Воно допомогло Землі протистояти руйнуванню атмосфери, яке інакше спричинив би сонячний вітер, і виступило щитом проти викидів корональної маси, які могли б занурити планету в радіаційне випромінювання. Пошуки життя за межами Сонячної системи припускають, що потужне магнітне поле є необхідною умовою, принаймні для життя на поверхні, а не глибоко всередині планети.

Ця важливість призводить до періодичних побоювань щодо можливості його послаблення, але спроби пов’язати попередні спади напруженості поля з масовими вимираннями, як правило, закінчувалися нічим. Натомість нові дослідження припускають, що одній з найважливіших подій в історії життя сприяло пом’якшення бар’єру між Землею та космічним випромінюванням.

Силу та напрямок поля протягом історії Землі можна прочитати в гірських породах, які зберігають запис локального поля на момент їхнього формування, за умови, що подальше нагрівання не стерло цю стрічку. Професор Джон Тардуно з Рочестерського університету та його колеги дослідили зразок кристалів плагіоклазу з Пассо-да-Фабіана-Габброс, Бразилія, що утворився 591 мільйон років тому. Вони знайшли докази найнижчого коли-небудь зафіксованого поля, що становить одну 30-ту від сучасного рівня, а також набагато нижчого, ніж за попередніми датами.

Спираючись на інші дослідження, автори стверджують, що поля нижче 10 відсотків від сучасного рівня зберігалися щонайменше 26 мільйонів років, включаючи один з найбільш важливих періодів для життя в історії Землі.

Хоча вважається, що перші тварини з’явилися дещо раніше, вони були мікроскопічними або нерухомими видами, як сучасні губки. Перші активні істоти, відомі як едіакарська фауна, з’являються у скам’янілостях близько 560 мільйонів років тому. Вважається, що збільшення кількості кисню в атмосфері, а отже, і розчиненого в океані, було необхідною умовою для появи складних і дуже рухливих тварин, хоча скільки додаткового кисню було присутнє, залишається невизначеним.

Це робить підвищення рівня кисню одним з найбільших змінних факторів усіх часів, але його причини досі не з’ясовані. Тардуно та співавтори вважають, що ослаблення магнітного поля в цей час могло бути ключовим фактором.

Немає сумнівів, що слабше поле призведе до того, що з атмосфери буде виходити більше водню. Зменшення кількості цього елемента, вільного для зв’язування з киснем, дасть можливість атмосфері планети змінитися в сприятливий для життя бік.

Набагато менш зрозуміло, чи буде вплив слабшого поля достатнім для того, щоб досягти значних змін. Зрештою, більша частина кисню, що вивільняється через дефіцит водню, буде зв’язуватися з іншими елементами.

Автори визнають, що важко змоделювати, наскільки більше кисню стало б доступним завдяки слабшому полю. “Кількісна оцінка втрат [водню] для Землі з наднизьким полем є складним завданням, оскільки вона недоступна для спостережень”, – пишуть вони. Існуючі моделі передбачають збільшення втрат водню від 30 до 1000 відсотків, і ця величезна варіація призводить до значної невизначеності щодо результуючого збільшення кисню.

Тим не менш, автори вважають, що підвищення рівня кисню є достатнім для існування едіакарської фауни. “Найвищі оцінки можуть призвести до зміни кисню на кілька відсотків … що може означати збурення або перетин порогу, який дозволить едіакарським тваринам диверсифікуватись”.

Вони припускають, що захисне поле могло скоротитися настільки, що плазма у верхніх шарах атмосфери стала відкритою для сонячного вітру, що значно збільшило втрату іонів водню. Один з факторів, який інші не врахували, полягає в тому, що підвищений вплив високозаряджених частинок Сонця може призвести до утворення більшої кількості оксидів азоту, які створюють озонові діри, подібні до тієї, яку людство створило за допомогою фреонів. Це, в свою чергу, піддасть нижні шари атмосфери додатковому ультрафіолетовому випромінюванню, яке може розщепити водяну пару на водень і кисень, причому частина зайвого водню вивітриться до рекомбінації.

Ніхто достеменно не знає, чому поле Землі впало в цей час. Однак цілком можливо, що якщо ми шукаємо планети не просто з життям, а з розвиненим життям, подібним до нашого, нам потрібно, щоб вони мали сильні магнітні поля, які беруть тривалі канікули саме в потрібний час.