Чтобы прочитать магнитный дневник планеты, исследователи Университета Рочестера собрали зерна пироксенита и габбро из Южной Африки, Бразилии и Канады. Каждый минерал содержит микроскопические железные иглы, которые при остывании пород застыли в соответствии с направлением магнитного поля.
Почему на Земле 591 миллион лет назад возникла сложная жизнь
Новые измерения древних кристаллов, проведенные учеными из университета Рочестера показывают, магнитное поле Земли 600 миллионов лет назад было примерно в 30 раз слабее, чем сегодня. Если бы «геодинамо» не заработало вновь, Земля превратилась бы в каменную пустыню, такую как Марс. Но короткий период ослабления магнитного поля, возможно, запустил на Земле эволюцию сложной жизни.
Деформация магнитного поля Земли под действием солнечного ветра. Википедия
Около 600 миллионов лет назад наша планета почти лишилась невидимого щита, который ее охраняет. Магнитное поле Земли, создаваемое вихрями расплавленного железа глубоко под нашими ногами, ослабло до такой степени, что стало едва различимым. В тот же момент кислород заполнил океаны и атмосферу, и на морском дне поселились удивительные крупные организмы. Это совпадение уже несколько десятилетий интригует геологов и биологов.
Нагревая отдельные кристаллы в тщательно экранированной печи, команда добилась получения крошечных магнитных сигналов, которые фиксируют напряженность поля в момент остывания. Проанализировав сотни кристаллов, геофизик из Рочестерского университета Джон Тардуно и его коллеги увидели четкую закономерность.
Метаморфизованный клинопироксенит, состоящий из зеленого диопсида, из Шетландского офиолита, Унст, Шотландия.
«В целом, поле, конечно, является защитным. Если бы в начале истории Земли у нас не было поля, воду с планеты унес бы солнечный ветер», — объясняет Тардуно. — «Но в эдиакарском геологическом периоде мы пережили удивительный период в развитии глубинных слоев Земли, когда поле почти полностью разрушилось».
Кристаллы, датированные 591 миллионом лет назад, свидетельствуют о том, что магнитное поле было примерно в 30 раз слабее, чем сегодня, — это самое слабое долгосрочное значение из когда-либо измеренных. Последующие образцы показывают, что ослабленное состояние сохранялось по меньшей мере 26 миллионов лет.
Габбро.
До и после этого периода породы возрастом более 2 миллиардов лет и моложе 565 миллионов лет демонстрируют поле, не уступающее современному, что показывает, насколько исключительным было эдиакарское ослабление. Во время слабого поля солнечный ветер мог глубоко проникать в атмосферу. Заряженные частицы «вымывали» легкий водород, в результате чего оставался относительно тяжелый кислород.
Это совпадает с многочисленными геохимическими маркерами, свидетельствующими о резком повышении уровня кислорода и подтверждает идею о том, что ослабление щита помогло Земле преодолеть порог кислородного насыщения, необходимый для развития крупных, подвижных животных.
Тонкая броня, богатый воздух
Kimberella quadrata. Возможная реконструкция.
Биолог Шухай Сяо из Вирджинского технологического института говорит: «Магнитосфера защищает Землю от солнечного ветра, тем самым сохраняя атмосферу на Земле. Таким образом, ослабление магнитосферы означает, что легкие газы, такие как водород, будут уходить из атмосферы Земли. По мере того как водород улетучивался, концентрация кислорода повышалась, что позволяло крупным организмам размножаться».
Тардуно подчеркивает, что в это же время шли и другие важные процессы, например, развитие фотосинтезирующих микробов. Ученый говорит: «Мы не оспариваем, что один или несколько из этих процессов происходили одновременно. Но слабое поле могло позволить кислороду преодолеть порог концентрации, и оно же способствовало повышению радиации, увеличению числа мутаций и ускорению эволюции животных», — говорит Тардуно.
Записи горных пород также дают ответ, когда начало формироваться внутреннее ядро Земли. Как только напряженность поля достигла своего минимума, оно быстро восстановилось.
«Наблюдения, похоже, подтверждают утверждение, что внутреннее ядро впервые зародилось вскоре после этого времени, подтолкнув геодинамо (механизм, создающий магнитное поле) из слабого, нестабильного состояния в сильное, стабильное дипольное состояние», — отметил Питер Дрисколл из Научного института Карнеги. — «Твердое ядро высвободило дополнительное тепло, ускорив конвекцию во внешнем ядре и восстановив магнитный экран».
Первые сложные обитатели морского дна
Типичный подводный пейзаж эдиакария.
Пока поле мерцало, в эдиакарских морях обитали формы жизни, не похожие ни на что современное. Дисковидная дикинсония (Dickinsonia) распространялась по илу на 1,4 м, и ее ветви мягко покачивались в воде, а похожие на слизней кимбереллы скребли микробные маты в поисках пищи.
Эти пионеры исчезли еще до начала кембрийского периода, около 539 миллионов лет назад, но их недолгое правление доказало, что многоклеточные организмы могут процветать, как только кислород поднимается до уровня, пригодного для дыхания.
Dickinsonia costata.
Не все эксперты согласны, что спад магнитного поля напрямую повлиял на ход эволюции, но кристаллическая летопись указывает на простую картину: магнитный щит ослаб, водород начала улетучиваться из атмосферы, уровень кислорода повысился, и жизнь совершила новый смелый скачок. Прослеживая эту цепочку событий, ученые получают представление о том, как взаимодействуют планета и ее биосфера, и это может помочь в поисках живых миров далеко за пределами нашей планеты.