مثال على تكوينات الحديد ذات النطاقات التي يبلغ عمرها 3.7 مليار سنة والموجودة في الجزء الشمالي الشرقي من حزام إيسوا فوق القشرة الأرضية. Credit: Claire Nichols
استعادت دراسة جديدة، بقيادة جامعة أكسفورد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، سجلا عمره 3.7 مليار سنة للمجال المغناطيسي للأرض، ووجدت أنه يبدو مشابها بشكل ملحوظ للمجال المحيط بالأرض اليوم. ونشرت النتائج في مجلة البحوث الجيوفيزيائية.
بدون مجالها المغناطيسي، لن تكون الحياة على الأرض ممكنة لأن هذا يحمينا من الإشعاع الكوني الضار والجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس ("الرياح الشمسية"). لكن حتى الآن، لا يوجد تاريخ موثوق به لنشأة المجال المغناطيسي الحديث لأول مرة.
وفي الدراسة، قام الباحثون بفحص تسلسل قديم من الصخور المحتوية على الحديد من إيسوا، جرينلاند. تعمل جزيئات الحديد بشكل فعال كمغناطيسات صغيرة يمكنها تسجيل قوة المجال المغناطيسي واتجاهه عندما تثبتها عملية التبلور في مكانها. ووجد الباحثون أن الصخور التي يعود تاريخها إلى 3.7 مليار سنة مضت استحوذت على قوة مجال مغناطيسي لا تقل عن 15 ميكروتسلا مقارنة بالمجال المغناطيسي الحديث (30 ميكروتسلا).
توفر هذه النتائج أقدم تقدير لقوة المجال المغناطيسي للأرض المستمدة من عينات الصخور الكاملة، والتي توفر تقييمًا أكثر دقة وموثوقية من الدراسات السابقة التي استخدمت البلورات الفردية.
وقالت الباحثة الرئيسية البروفيسور كلير نيكولز (قسم علوم الأرض، جامعة أكسفورد): "إن استخراج سجلات موثوقة من صخور بهذا العمر أمر صعب للغاية، وكان من المثير حقًا رؤية الإشارات المغناطيسية الأولية تبدأ في الظهور عندما قمنا بتحليل هذه العينات في المختبر". وهذه خطوة مهمة حقًا إلى الأمام بينما نحاول تحديد دور المجال المغناطيسي القديم عندما ظهرت الحياة على الأرض لأول مرة."
وبينما يبدو أن قوة المجال المغناطيسي ظلت ثابتة نسبيًا، فمن المعروف أن الرياح الشمسية كانت أقوى بكثير في الماضي. ويشير ذلك إلى أن حماية سطح الأرض من الرياح الشمسية زادت بمرور الوقت، وهو ربما سمح للحياة بالانتقال إلى القارات وترك حماية المحيطات.
تم استخراج العينات على طول المقاطع لمقارنة الفرق بين التوغلات البركانية التي يرجع تاريخها إلى 3.5 مليار عام، والصخور المحيطة التي أظهر الباحثون أنها تحمل سجلاً للمجال المغناطيسي الذي يبلغ عمره 3.7 مليار عام.Credit: Claire Nichols
يتم إنشاء المجال المغناطيسي للأرض عن طريق خلط الحديد المنصهر في اللب الخارجي للسائل، مدفوعًا بقوى الطفو بينما يتصلب اللب الداخلي، مما يؤدي إلى إنشاء دينامو. أثناء التكوين المبكر للأرض، لم يكن اللب الداخلي الصلب قد تشكل بعد، مما يترك أسئلة مفتوحة حول كيفية الحفاظ على المجال المغناطيسي المبكر.
تشير هذه النتائج الجديدة إلى أن الآلية التي تحرك دينامو الأرض المبكر كانت فعالة بشكل مماثل لعملية التصلب التي تولد المجال المغناطيسي للأرض اليوم.
يعد فهم كيفية تغير قوة المجال المغناطيسي للأرض بمرور الوقت أمرًا أساسيًا أيضًا لتحديد متى بدأ اللب الداخلي الصلب للأرض في التشكل. سيساعدنا هذا على فهم مدى سرعة هروب الحرارة من باطن الأرض العميق، وهو أمر أساسي لفهم عمليات مثل تكتونية الصفائح.
تقف المؤلفة المشاركة في الدراسة أثينا إيستر أمام منطقة كبيرة من تشكيل الحديد النطاقي، وهو الرواسب الغنية بالحديد التي تم استخراج إشارات المجال المغناطيسي القديمة منها. Credit: Claire Nichols
أحد التحديات الكبيرة في إعادة بناء المجال المغناطيسي للأرض حتى الآن في الزمن هو أن أي حدث يؤدي إلى تسخين الصخور يمكن أن يغير الإشارات المحفوظة. غالبًا ما يكون للصخور الموجودة في القشرة الأرضية تاريخ جيولوجي طويل ومعقد يمحو معلومات المجال المغناطيسي السابقة.
ومع ذلك، يتمتع حزام إيسوا فوق القشرة الأرضية بجيولوجيا فريدة من نوعها، حيث يقع فوق قشرة قارية سميكة تحميه من النشاط التكتوني الواسع النطاق والتشوه. وقد سمح ذلك للباحثين ببناء مجموعة واضحة من الأدلة التي تدعم وجود المجال المغناطيسي قبل 3.7 مليار سنة.
قد توفر النتائج أيضًا رؤى جديدة حول دور المجال المغناطيسي لدينا في تشكيل تطور الغلاف الجوي للأرض كما نعرفه، خاصة فيما يتعلق بتسرب الغازات من الغلاف الجوي.
هناك ظاهرة غير مفسرة حاليًا وهي فقدان غاز الزينون غير المتفاعل من غلافنا الجوي منذ أكثر من 2.5 مليار سنة. الزينون ثقيل نسبيًا، وبالتالي من غير المرجح أن يكون قد انجرف ببساطة خارج غلافنا الجوي. في الآونة الأخيرة، بدأ العلماء في التحقيق في إمكانية إزالة جزيئات الزينون المشحونة من الغلاف الجوي بواسطة المجال المغناطيسي.
في المستقبل، يأمل الباحثون في توسيع معرفتنا بالمجال المغناطيسي للأرض قبل ظهور الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 2.5 مليار سنة، من خلال فحص تسلسلات صخرية قديمة أخرى في كندا وأستراليا وجنوب إفريقيا.
إن الفهم الأفضل للقوة القديمة وتقلب المجال المغناطيسي للأرض سيساعدنا على تحديد ما إذا كانت المجالات المغناطيسية الكوكبية ضرورية لاستضافة الحياة على سطح الكوكب ودورها في تطور الغلاف الجوي.
المصدر: