Как слабый магнитный импульс мог стимулировать эволюцию 600 миллионов лет назад

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что слабое магнитное поле миллионы лет назад могло дать начало жизни.

Эдиакарский период, продолжавшийся примерно с 635 по 541 миллион лет назад, был поворотным периодом в истории Земли. Это была эпоха преобразований, в течение которой возникли сложные многоклеточные организмы, открывшие путь к взрывному развитию жизни.

Но как развивался этот всплеск жизни и какие факторы на Земле могли этому способствовать?

Исследователи из Рочестерского университета обнаружили убедительные доказательства того, что магнитное поле Земли находилось в весьма необычном состоянии, когда макроскопическая фауна диверсифицировалась и процветала в эдиакарский период. Их исследование было опубликовано в природа Коммуникации Земля и окружающая средаЭто поднимает вопрос о том, привели ли эти колебания древнего магнитного поля Земли к изменениям уровня кислорода, которые могли иметь решающее значение для воспроизводства форм жизни миллионы лет назад.

Исследователи из Рочестерского университета изучали магнитное поле Земли во время Эдиакарского переходного периода, который длился примерно с 635 по 541 миллион лет назад. Исследование поднимает вопросы о том, какие факторы могли способствовать появлению сложных многоклеточных организмов, таких как эдиакарские животные, известные своим сходством с ранними животными. Фото: иллюстрация Рочестерского университета/Майкл Осадчио.

По словам Джона Тардуно, профессора факультета наук о Земле и окружающей среде Уильяма Кеннана-младшего, одной из наиболее выдающихся форм жизни в эдиакарский период были эдиакарские животные. Они отличались сходством с ранними животными, некоторые из которых были размером более метра (трех футов) и были подвижными, что позволяет предположить, что им, возможно, требовалось больше кислорода, чем предыдущим формам жизни.

«Предыдущие идеи о появлении этих удивительных эдиакарских животных включали генетические или экологические факторы, но близость времени к чрезвычайно низкому магнитному полю побудила нас пересмотреть проблемы окружающей среды, в частности, кислорода в атмосфере и океанах», — говорит Тардуно. . Он также является деканом исследований в Колледже искусств и наук и Колледже инженерных и прикладных наук.

Магнитные тайны Земли

Примерно на высоте 1800 миль под нами жидкое железо течет во внешнее ядро ​​Земли, создавая защитное магнитное поле планеты. Хотя магнитное поле невидимо, оно важно для жизни на Земле, поскольку защищает планету от солнечного ветра – потоков радиации, исходящей от Солнца. Но магнитное поле Земли не всегда было таким сильным, как сегодня.

Исследователи предположили, что необычно слабое магнитное поле могло способствовать появлению животных. Однако корреляцию было трудно изучить из-за ограниченности данных о напряженности магнитного поля за это время.

Ископаемый отпечаток дикинсонии, представителя эдиакарской фауны, найденный на территории современной Австралии. Фото: Шухай Сяо, Технологический институт Вирджинии.

Тардуно и его команда использовали инновационные стратегии и методы для изучения силы магнитного поля, изучая магнетизм, обнаруженный в древних кристаллах полевого шпата и пироксена из анортозитовой породы. Кристаллы содержат магнитные частицы, которые поддерживают намагниченность с момента образования минералов. Датируя камни, исследователи могут составить график эволюции магнитного поля Земли.

Воспользуйтесь преимуществами передовых инструментов, включая CO₂ Используя лазеры и магнитометр сверхпроводящего квантового интерференционного устройства (СКВИД) в лаборатории, команда тщательно проанализировала кристаллы и магнетизм внутри них.

Слабое магнитное поле

Их данные показывают, что магнитное поле Земли временами в течение эдиакарского периода было самым слабым полем, известным на сегодняшний день — до 30 раз слабее, чем сегодняшнее магнитное поле — и что чрезвычайно низкая напряженность поля сохранялась в течение по крайней мере 26 миллионов лет.

Слабое магнитное поле заряженных частиц Солнца облегчает отрыв легких атомов, таких как водород, из атмосферы, заставляя их улетать в космос. Если потеря водорода велика, больше кислорода может оставаться в атмосфере, а не реагировать с водородом с образованием водяного пара. Эти реакции со временем могут привести к накоплению кислорода.

Ископаемое отпечаток Fractofusus, представителя эдиакарской фауны, был найден на территории современного Ньюфаундленда, размером с канадский пенни. Фото: Шухай Сяо, Технологический институт Вирджинии.

Исследования Тардуно и его команды показывают, что в эдиакарский период чрезвычайно слабое магнитное поле вызывало потерю водорода в течение как минимум десятков миллионов лет. Эта потеря могла привести к увеличению содержания кислорода в атмосфере и на поверхности океана, что позволило появиться более развитым формам жизни.

Тардуно и его исследовательская группа ранее обнаружили, что магнитное поле Земли восстановило силу в позднем кембрии, когда большинство групп животных начали появляться в летописи окаменелостей, и защитное магнитное поле было восстановлено, что позволило жизни процветать.

«Если бы после Эдиакарского периода сохранилось очень слабое поле, Земля выглядела бы совсем не так, как сегодняшняя богатая водой планета: потеря воды могла бы постепенно высушить Землю», — говорит Тардуно.

Основная динамика и эволюция

Работа предполагает, что понимание внутреннего устройства планет имеет решающее значение для размышлений о потенциале жизни за пределами Земли.

«Удивительно думать, что процессы, происходящие в ядре Земли, в конечном итоге могут быть связаны с эволюцией», — говорит Тардуно. «Поскольку мы рассматриваем возможность существования жизни в других местах, нам также необходимо учитывать, как формируются и развиваются внутренности планет».

Для получения дополнительной информации об этом исследовании см. Как слабое магнитное поле Земли способствовало возникновению сложной жизни.

Ссылка: «Неизбежный коллапс геомагнитного поля, возможно, способствовал насыщению атмосферы кислородом и радиации животных в Эдиакарском регионе», авторы: Вентао Хуанг, Джон А. Эрик Дж. Блэкман и Алексей В. Смирнов, Габриэль Арендт и Рори Д. Коттрелл и Кеннет Б. Кодама и Ричард К. Боно и Дэвид Дж. Сепик, Юнсян Ли, Фрэнсис Ниммо, Шухай Сяо и Майкл К. Уоткс, 2 мая 2024 г., Земля и окружающая среда.
дои: 10.1038/s43247-024-01360-4

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом США.