格陵蘭發現地球磁場最古老證據

要找回地球磁場的古老紀錄相當具有挑戰性，原因在於岩石中的磁化現象，在其漫長且複雜的地質歷史中，常因構造埋藏過程中的加熱作用而被重置。麻省理工學院（MIT）等機構的地球科學家指出，西格陵蘭伊蘇阿上殼層帶的岩石，在其地質歷史中經歷了三次熱事件。第一次事件最為顯著，大約在37億年前，岩石被加熱到550攝氏度。其後的兩次事件，並未使該區域最北端的岩石加熱超過380攝氏度。作者運用多種證據驗證此一論點，包括古磁場測試、該區域的變質礦物組合，以及所觀察到的礦物群體放射性年齡被重置時的溫度。他們藉由這些證據主張，一項有37億年歷史的古老地球磁場紀錄，可能儲存在該區域最北端的條帶狀鐵建造中。

地球的磁場線。圖片來源：美國國家航空暨太空總署（NASA）戈達德太空飛行中心。

在這項新研究中，牛津大學的克萊兒・尼科爾斯教授及其同事，檢驗了格陵蘭伊蘇阿一組古老的含鐵岩石序列。

鐵顆粒實際上就像微小的磁鐵，在結晶過程將它們固定下來時，能記錄磁場的強度和方向。

研究人員發現，年代可追溯至37億年前的岩石，捕捉到的磁場強度至少為15微特斯拉，與現代磁場（30微特斯拉）相當。

這些結果提供了從整塊岩石樣本得出的地球磁場強度最古老估算值，比起先前使用單個晶體的研究，此估算更為精準可靠。

尼科爾斯教授表示：「要從如此古老的岩石中提取可靠紀錄極具挑戰性，而當我們在實驗室分析這些樣本時，看到原始磁訊號開始浮現，真的令人相當興奮。」

「在我們試圖確定地球生命最初出現時，古老磁場所扮演的角色方面，這是向前邁出的非常重要的一步。」

雖然磁場強度似乎一直保持相對穩定，但據知太陽風在過去要強得多。

這表明，地球表面受到太陽風的保護程度隨著時間推移有所增加，這可能使生命得以遷移到陸地上，離開海洋的保護。

地球的磁場是由流體外核中熔融鐵的混合產生的，在核心固化時，浮力驅動了這種混合，從而形成了一個發電機效應。

在地球早期形成階段，固態核心尚未形成，因此早期磁場是如何維持的，仍是個未解之謎。

這些新結果表明，驅動地球早期發電機效應的機制，與如今產生地球磁場的固化過程效率相近。

瞭解地球磁場強度如何隨時間變化，也是確定地球固態核心何時開始形成的關鍵。

這將有助於我們瞭解地球深層內部的熱量逸散速度，而這對於理解板塊構造等過程至關重要。

要重構如此久遠的地球磁場，一個重大挑戰在於，任何使岩石加熱的事件都可能改變儲存下來的訊號。

地殼中的岩石通常有漫長且複雜的地質歷史，這會抹去先前的磁場資訊。

然而，伊蘇阿上殼層帶具有獨特的地質條件，它位於厚厚的大陸地殼之上，可保護其免受大規模的構造活動和變形影響。

這使得科學家們能夠建立起一套清晰的證據，支援37億年前磁場的存在。

這些結果也可能為我們已知的地球磁場在塑造地球大氣層發展中所扮演的角色，提供新的見解，尤其是在氣體從大氣層逸出方面。

作者表示：「未來，我們希望透過檢驗加拿大、澳大利亞和南非的其他古老岩石序列，擴充套件我們對大約25億年前地球大氣中氧氣增加之前地球磁場的認識。」

「更深入瞭解地球磁場的古老強度和變化性，將有助於我們確定行星磁場對於行星表面孕育生命是否至關重要，以及它們在大氣演化中的作用。」

此項研究發表於《地球物理研究期刊》。

克萊兒・I・O・尼科爾斯等人，2024年。西格陵蘭南部伊蘇阿上殼層帶儲存的可能是始太古代地球磁場紀錄。《地球物理研究期刊》129捲第4期：e2023JB027706；doi: 10.1029/2023JB027706