 |  |
Eden številnih pojavov, ki omogočajo naš obstoj na Zemlji je njeno magnetno polje, znano tudi kot geomagnetno polje. To nas varuje pred številnimi nevarnostmi, ki na pretijo iz vesolja. Deluje kot ščit proti škodljivim kozmičnim delcem, ki bi drugače zlahka dosegli površje našega planeta. Brez magnetnega polja bi Zemlja kmalu po nastanku izgubila svojo atmosfero in oceane in postala bi ledena puščava brez možnosti za razvoj življenja.
Nedavno so znanstveniki odkrili dokaze, da je pred 591 milijoni let Zemljino magnetno polje skoraj popolnoma izginilo. Njegova jakost je ostala nizka naslednjih 26 milijonov let. Nekoliko paradoksalno, nova študija kitajskih znanstvenikov nakazuje, da je ravno ta kolaps Zemljinega magnetnega polja omogočil pojav prvih večceličnih živali in morda celo kasnejši prihod človeka.
Izvor geomagnetnega polja
Geomagnetno polje izvira v zunanjem jedru našega planeta. Za razliko od notranjega jedra je zunanje jedro tekoče in se počasi ohlaja in strjuje. Na meji med obema jedroma temperatura doseže približno 6000 stopinj Celzija, kar je primerljivo s površjem Sonca, medtem ko na meji z Zemljinim plaščem pade na približno 4000 stopinj Celzija. Ta temperaturna razlika omogoča konvekcijo v zunanjem jedru, kjer se vroča in manj gosta tekočina dviga proti zunanjemu robu, tam pa se ohladi in ponovno potone. Konvekcija v jedru povzroča geodinamo, proces, s katerim nastaja Zemljino magnetno polje.
Ob nastanku našega planeta je bilo celotno jedro tekoče, vendar se od takrat postopoma ohlaja. V preteklosti so se ocene za starost trdnega notranjega jedra gibale med 2 milijardama in 500 milijoni let.
Geomagnetno polje. Vir: NASA.
Geološki dokazi
Jakost geomagnetnega polja je odvisna od intenzivnosti konvekcije v jedru Zemlje. O obstoju geomagnetnega polja v daljni preteklosti in s tem o tekočem jedru pričajo starodavne magnetizirane kamnine.
Najstarejši dokazi izvirajo iz kamnin v hribih Jack Hills v Zahodni Avstraliji, ki vsebujejo cirkon, mineral, ki katerega starost dosega 4,4 milijarde let. V njem so znanstveniki našli drobne vključke magnetita, ki kažejo, da se je intenzivnost zemeljskega magnetnega polja pred 4,2 – 3,3 milijardami let znatno povišala vse do današnjih vrednosti.
V kratonu Kaapvaal v Južnoafriški Republiki so znanstveniki našli magmatske kamnine, imenovane plutoni, ki so nastale pred 3,45 milijarde let in kažejo, da je bila intenzivnost Zemljinega magnetnega polja v tistem času 50 % sedanje vrednosti. Čeprav se intenzivnost geomagnetnega polja nenehno spreminja, pa analiza kamnin iz drugih predelov Južnoafriške Republike kaže, da je bila pred 2 milijardama let njegova jakost podobna današnji.
Kolaps geomagnetnega polja
Zato so bili znanstveniki presenečeni, ko so odkrili kamnine v Quebecu v Kanadi in na jugu Urugvaja, ki kažejo, da se je pred 591 milijoni let, v ediakariju, geomagnetno polje drastično oslabilo. Njegova jakost je kar 26 milijonov let znašala le desetino ali celo tridesetino sedanje vrednosti. Nekateri raziskovalci zato govorijo o kolapsu Zemljinega magnetnega polja.
Znanstveniki verjamejo, da je bilo šibko geomagnetno polje posledica ohlajanja tekočega jedra Zemlje vse do pred 591 milijoni let, kar je ustavilo konvekcijo in proces geodinama. Proti koncu tega obdobja se je jedro ohladilo dovolj, da se je snov v njegovi sredici začela strjevati. Ob tem zamrzovanju se je začela sproščati latentna energija, ki je ogrela preostalo tekoče jedro, ponovno aktivirala proces geodinama ter prozvodnjo geomagnetnega polja.
Vpliv na evolucijo živali
Obdobje izjemno šibkega magnetnega polja sovpada s povečanjem koncentracije kisika v atmosferi in oceanih, kar je povzročilo razcvet ediakarijske favne: prvih makroskopskih živali, sposobnih premikanja. Znanstveniki poskušajo ugotoviti, ali sta oba dogodka povezana in kako bi lahko šibko magnetno polje prispevalo k pojavu prvih živali.
Koncentracija kisika v atmosferi in oceanih je namreč ključna za razvoj kompleksnih oblik življenja. Mikroskopski organizmi lahko preživijo z veliko nižjimi koncentracijami kisika od sedanje, vendar metabolizem makroskopskih živali zahteva višje koncentracije tega plina.
Ediakarijska fauna. Vir: Wikipedia.
Predlagani mehanizmi
Znanstveniki so predlagali več mehanizmov, ki bi lahko provedli do povečanja koncentracije kisika med ediakarijem. Zaradi šibkejšega geomagnetnega polja bi se magnetosfera, ki nas ščiti pred vplivom Sončevega vetra, zmanjšala. Meja med magnetosfero in Sončevim vetrom bi se lahko močno približala Zemlji, kar bi znatno povečalo izgubo atmosferskega vodika, ki bi ga Sončev veter odnesel v medplanetarni prostor. Masovna izguba vodika bi povzročila povečanje koncentracij preostalih plinov v ozračju, vključno s kisikom.
Šibko geomagnetno polje bi tudi omogočilo, da bi protoni visokih energij, ki prihajajo predvsem s Sonca ali iz oddaljenih delov naše Galaksije, lahko prodrli globlje v ozračje. To bi povišalo koncentracijo dušikovih oksidov (NOx) v zgornji atmosferi, oslabilo ozonsko plast in povišalo intenzivnost ultravijoličnega sevanja Zemljinem površju. To sevanje bi razgrajalo molekule vode na površju oceanov na vodik in kisik in tako še dodatno pospešilo izgubo vodika ter proizvodnjo kisika.
Zaključek
Oslabitev geodinamav jedru Zemlje pred 591 milijoni let je sprožila vrsto procesov, ki so pripeljali do povišanja koncentracije kisika v atmosferi in oceanih. Te spremembe so ustvarile pogoje, potrebne za razvoj bolj kompleksnih oblik življenja, omogočile razcvet ediakarijske favne in postavile temelje za razvoj živali, vključno s človekom. Razumevanje teh mehanizmov nam ne pomaga le razložiti preteklosti našega planeta, ampak tudi izboljšuje naše razumevanje, kako geomagnetno polje vpliva na pogoje za življenje in ohranja vitalne procese na Zemlji.
Nadaljna čtiva za najbolj radovedne
- John A. Tarduno et al., A Hadean to Paleoarchean geodynamo recorded by single zircon crystals.Science349,521-524(2015).DOI:10.1126/science.aaa9114
- John A. Tarduno et al., Geodynamo, Solar Wind, and Magnetopause 3.4 to 3.45 Billion Years Ago. Science327,1238-1240(2010).DOI:10.1126/science.1183445
- Bono, R.K., Tarduno, J.A., Nimmo, F. et al. Young inner core inferred from Ediacaran ultra-low geomagnetic field intensity. Nature Geosci 12, 143–147 (2019). https://doi.org/10.1038/s41561-018-0288-0
- Huang, W., Tarduno, J.A., Zhou, T. et al. Near-collapse of the geomagnetic field may have contributed to atmospheric oxygenation and animal radiation in the Ediacaran Period. Commun Earth Environ 5, 207 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01360-4
soncniblog.com 