De bijna ineenstorting van het aardmagnetisch veld 591 miljoen jaar geleden heeft er mogelijk voor gezorgd dat complex leven tot bloei kon komen

Meld u aan voor de wetenschapsnieuwsbrief Wonder Theory van CNN. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke vooruitgang en meer.

CNN
—

Het magnetische veld van de aarde speelt een belangrijke rol bij het bewoonbaar maken van onze planeet. Een beschermende bel boven de atmosfeer beschermt de planeet tegen zonnestraling, wind, kosmische straling en extreme temperatuurschommelingen.

Het magnetische veld van de aarde stortte echter 591 miljoen jaar geleden bijna in, en ironisch genoeg heeft deze verandering mogelijk een cruciale rol gespeeld in de bloei van het complexe leven, zo blijkt uit een nieuwe studie.

“Over het algemeen is het veld beschermend. Als we al vroeg in de geschiedenis van de aarde geen veld hadden gehad, zou de aarde water van de planeet hebben ontdaan.” Zonnewind “(Een stroom van energetische deeltjes die van de zon naar de aarde stroomt)”, zegt John Tarduno, hoogleraar geofysica aan de Universiteit van Rochester in New York en senior auteur van de nieuwe studie.

“Maar in de Ediacaran hadden we een opmerkelijke periode in de evolutie van de diepe aarde, toen de processen die het magnetische veld creëren… na miljarden jaren zo inefficiënt werden dat het veld bijna volledig instortte.”

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Aarde- en milieucommunicatie Op 2 mei werd ontdekt dat het magnetische veld van de aarde werd gecreëerd door Beweging van gesmolten ijzer in de buitenste kern van de aardeHet is al minstens 26 miljoen jaar veel zwakker dan zijn huidige sterkte. De ontdekking van de voortdurende verzwakking van het magnetische veld van de aarde hielp ook bij het oplossen van een blijvend geologisch mysterie over wanneer de vaste binnenkern van de aarde werd gevormd.

Dit tijdsbestek komt overeen met een periode die bekend staat als de Ediacaran-periode, toen de eerste complexe dieren op de zeebodem verschenen toen de zuurstof in de atmosfeer en de oceanen toenam.

Deze vreemde dieren lijken nauwelijks op het leven van vandaag, zoals squashpropellers, buizen, cakes en schijven Dickinsoniadie een grootte bereikt van 1,4 meter (4,6 voet), en Langzaam, zoals Kimberella.

Vóór die tijd was het leven grotendeels eencellig en microscopisch klein. De onderzoekers geloven dat een zwak magnetisch veld mogelijk heeft geleid tot meer zuurstof in de atmosfeer, waardoor het vroege complexe leven zich heeft kunnen ontwikkelen.

Het is bekend dat de sterkte van het magnetisch veld van de aarde in de loop van de tijd fluctueert, en in rotsen bewaard gebleven kristallen bevatten kleine magnetische deeltjes die worden vastgelegd in een registratie van de sterkte van het magnetisch veld van de aarde.

Het eerste bewijs dat het magnetische veld van de aarde in deze periode aanzienlijk verzwakte, kwam in 2019 Studie van gesteenten van 565 miljoen jaar oud In Quebec, waaruit bleek dat het veld op dat moment tien keer zwakker was dan nu.

De laatste studie verzamelde meer geologisch bewijs dat erop wijst dat het magnetische veld aanzienlijk zwak was, aangezien informatie in een 591 miljoen jaar oude rots uit een locatie in Zuid-Brazilië aangeeft dat het magnetische veld 30 keer zwakker was dan nu.

Het zwakke magnetische veld was niet altijd zo: het team onderzocht soortgelijke rotsen uit Zuid-Afrika die meer dan twee miljard jaar oud waren, en ontdekte dat het magnetische veld van de aarde destijds net zo sterk was als nu.

Anders dan nu was het binnenste deel van de aarde destijds een vloeistof en geen vaste stof, wat invloed had op de manier waarop het magnetische veld werd gegenereerd, legde Tarduno uit.

“Gedurende miljarden jaren werd dit proces minder efficiënt”, zei hij.

“Tegen de tijd dat we Ediacara bereikten, liep het veld op zijn laatste benen. Het stond op instorten. Maar gelukkig voor ons was het koud genoeg geworden zodat de binnenste kern begon te genereren (het magnetische veld versterken).”

De opkomst van de oudste complexe levensvormen die op dit moment op de zeebodem drijven, wordt in verband gebracht met stijgende zuurstofniveaus. Sommige dieren kunnen overleven bij een laag zuurstofniveau, zoals sponzen en microscopisch kleine dieren, maar grotere dieren met complexere lichamen die bewegen, hebben meer zuurstof nodig, zei Tarduno.

Traditioneel wordt de stijging van het zuurstofgehalte in deze periode toegeschreven aan fotosynthetische organismen zoals cyanobacteriën, die zuurstof produceerden, waardoor het zich in de loop van de tijd gestaag in het water kon ophopen, legde co-auteur Shuhai Xiao, hoogleraar geobiologie aan Virginia Tech, uit.

Het nieuwe onderzoek heeft echter een alternatieve of aanvullende hypothese voorgesteld die een groter waterstofverlies naar de ruimte met zich meebrengt wanneer het magnetische veld van de aarde zwak is.

“De magnetosfeer beschermt de aarde tegen de zonnewind, waardoor de atmosfeer aan de aarde gehecht blijft. Een zwakkere magnetosfeer betekent het verlies van lichtere gassen zoals waterstof uit de atmosfeer van de aarde”, voegde Xiao eraan toe via e-mail.

Het is mogelijk dat meerdere processen tegelijkertijd plaatsvinden, zei Tarduno.

“We betwisten niet dat een of meer van deze processen tegelijkertijd plaatsvonden, maar het zwakke veld heeft er mogelijk voor gezorgd dat zuurstof een drempel overschreed, wat de evolutie van dierlijke straling heeft bevorderd,” zei Tarduno.

Peter Driscoll, stafwetenschapper bij het Earth and Planetary Laboratory van het Carnegie Institution for Science in Washington D.C., zei dat hij het eens was met de bevindingen van het onderzoek over het zwakke magnetische veld van de aarde, maar de bewering is dat een zwak magnetisch veld de zuurstof in de atmosfeer zou kunnen beïnvloeden. atmosfeer. Biologische evolutie is moeilijk te beoordelen. Hij heeft niet deelgenomen aan het onderzoek.

“Het is voor mij moeilijk om de geldigheid van deze bewering te beoordelen, omdat de impact die planetaire magnetische velden op het klimaat kunnen hebben niet goed wordt begrepen”, zei hij via e-mail.

Hun hypothese was ‘goed ingeburgerd’, zei Tarduno, maar het bewijzen van de causaliteit zou tientallen jaren van moeilijk werk vergen, gezien het feit dat er zo weinig bekend is over de dieren die destijds leefden.

Geologische analyse onthulde ook belangrijke details over het binnenste deel van het centrum van de aarde.

Schattingen van het tijdstip waarop de binnenkern van de planeet gestold kan zijn – toen ijzer voor het eerst kristalliseerde in het centrum van de planeet – variëren van 500 miljoen tot 2,5 miljard jaar geleden.

de Onderzoek naar de sterkte van het magnetisch veld van de aarde Geeft die leeftijd aan De binnenste kern van de aarde Het bevindt zich aan de jongere kant van deze tijdschaal, waar het na 565 miljoen jaar geleden stolde, waardoor het magnetische schild van de aarde kon terugveren.

“De waarnemingen lijken de bewering te ondersteunen dat de binnenste kern zich kort daarna voor het eerst vormde, waardoor de geodynamo (het mechanisme dat het magnetische veld creëert) van een zwakke, onstabiele toestand naar een sterk, stabiel dipoolveld werd geduwd,” zei Driscoll.

Het herstel van de veldsterkte na de Ediacaran, toen de binnenste kern groeide, kan belangrijk zijn geweest om te voorkomen dat de waterrijke aarde uitdroogt, zei Tarduno.

Wat de exotische dieren uit de Ediacaraanse periode betreft, deze waren allemaal verdwenen in de daaropvolgende Cambrische periode De diversiteit van het leven explodeerde De takken van de levensboom die we vandaag de dag kennen, werden in relatief korte tijd gevormd.