牛津大學和麻省理工學院的一項合作研究從格陵蘭島上發現了37 億年前的磁場記錄，證明地球的古代磁場和今天一樣強大，對於抵禦宇宙和太陽輻射保護生命至關重要。

伊蘇阿超級地殼帶東北部有37 億年歷史的帶狀鐵質地層。來源：克萊爾-尼科爾斯

一項新的研究還原了37 億年前的地球磁場記錄，發現它與今天地球周圍的磁場極為相似。這項研究結果發表在今天（4 月24 日）出版的《地球物理研究期刊》（Journal of Geophysical Research）。

如果沒有磁場，地球上的生命就不可能存在，因為磁場可以保護我們免受有害宇宙輻射和太陽發射的帶電粒子（”太陽風”）的傷害。但是，迄今為止，現代磁場是何時開始形成的還沒有一個可靠的日期。

研究人員沿著橫斷面提取樣本，以比較35 億年前的火成岩侵入體與周圍岩石之間的差異。來源：克萊爾-尼科爾斯

在這項新研究中，研究人員考察了格陵蘭島伊蘇阿含鐵岩石的古老序列。當結晶過程將鐵微粒鎖定在適當位置時，鐵微粒可以有效地充當微小磁鐵，記錄磁場強度和方向。研究人員發現，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個岩石樣本中得出的地球磁場強度的最古老估計值，與先前使用單一晶體的研究相比，這些結果提供了更準確、更可靠的評估。

研究報告的合著者雅典娜-艾斯特（Athena Eyster）站在大片裸露的帶狀鐵質地層前，這種富含鐵質的沉積物正是提取古代磁場訊號的來源。圖片來源：克萊爾-尼科爾斯

首席研究員克萊爾-尼科爾斯（Claire Nichols）教授（牛津大學地球科學系）說：”從如此古老的岩石中提取可靠的記錄極具挑戰性，當我們在實驗室分析這些樣本時，看到原生磁場訊號開始出現，這真是令人興奮。

雖然磁場強度似乎一直保持相對穩定，但已知太陽風在過去要強得多。這表明，隨著時間的推移，地球表面免受太陽風侵襲的能力增強了，這可能使生命得以移居大陸，離開海洋的保護。

地球磁場是由流體外核中的熔融鐵混合產生的，內核凝固時受到浮力的驅動，產生了發電機。在地球形成的早期，固體內核尚未形成，因此關於早期磁場如何維持的問題仍未解決。這些新結果表明，驅動地球早期發電機的機制與今天產生地球磁場的凝固過程具有類似的效率。

了解地球磁場強度隨時間的變化也是確定地球內部固體內核何時開始形成的關鍵。這將有助於我們了解熱量從地球內部深處逸出的速度，而這對於了解板塊構造等過程至關重要。

在如此久遠的年代重建地球磁場的一個重大挑戰是，任何加熱岩石的事件都會改變保存下來的訊號。地殼中的岩石往往具有漫長而複雜的地質歷史，從而抹去了先前的磁場資訊。然而，伊蘇阿超級地殼帶地質獨特，位於厚厚的大陸地殼之上，使其免受廣泛的構造活動和變形的影響。這使得研究人員能夠建立一個清晰的證據體系，支持37 億年前磁場的存在。

這些結果也可能讓我們對磁場在形成我們所知的地球大氣層發展過程中的作用，尤其是大氣層中氣體的逸散，有了新的認識。目前無法解釋的一個現像是，25 多億年前，大氣層中失去了不活躍的氣體氙。氙氣相對較​​重，因此不可能從大氣中簡單地飄散出去。最近，科學家開始研究帶電氙粒子被磁場從大氣中清除的可能性。

未來，研究人員希望透過研究加拿大、澳洲和南非的其他古代岩石序列，擴大我們對大約25 億年前地球大氣中氧氣增加之前的地球磁場的了解。更了解古代地球磁場的強度和可變性，將有助於我們確定行星磁場是否是行星表面承載生命的關鍵，以及它們在大氣演化中的作用。

編譯來源：ScitechDaily