การกู้คืนบันทึกโบราณของสนามแม่เหล็กโลกเป็นเรื่องที่ท้าทายเนื่องจากการดึงดูดของหินมักถูกรีเซ็ตโดยการให้ความร้อนระหว่างการฝังเปลือกโลกในประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาอันยาวนานและซับซ้อน นักธรณีวิทยาจาก MIT และที่อื่นๆ แสดงให้เห็นว่าหินจากแถบ Isua Supracrustal ในกรีนแลนด์ตะวันตกเคยประสบเหตุการณ์ความร้อนสามครั้งตลอดประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา เหตุการณ์แรกถือเป็นเหตุการณ์ที่สำคัญที่สุด โดยให้ความร้อนแก่หินสูงถึง 550 องศาเซลเซียส เมื่อประมาณ 3.7 พันล้านปีก่อน สองเหตุการณ์ต่อมาไม่ได้ทำให้หินทางตอนเหนือสุดร้อนเกิน 380 องศาเซลเซียส ผู้เขียนใช้หลักฐานหลายบรรทัดเพื่อทดสอบข้อกล่าวอ้างนี้ รวมถึงการทดสอบสนามแม่เหล็กบรรพกาล การรวมตัวของแร่แปรสภาพทั่วพื้นที่ และอุณหภูมิที่อายุเรดิโอเมตริกของประชากรแร่ที่สังเกตได้ถูกรีเซ็ต พวกเขาใช้หลักฐานเหล่านี้เพื่อโต้แย้งว่าบันทึกสนามแม่เหล็กโลกโบราณอายุ 3.7 พันล้านปีอาจถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นหินที่มีแถบสีทางตอนเหนือสุดของพื้นที่สนาม
เส้นสนามแม่เหล็กของโลก เครดิตภาพ: ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ ศาสตราจารย์แคลร์ นิโคลส์แห่งมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ดและเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบลำดับหินที่มีธาตุเหล็กโบราณจากเกาะอิซัว ประเทศกรีนแลนด์
อนุภาคเหล็กทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถบันทึกทั้งความแรงของสนามแม่เหล็กและทิศทางเมื่อกระบวนการตกผลึกล็อคพวกมันให้เข้าที่
นักวิจัยพบว่าหินที่มีอายุ 3.7 พันล้านปีก่อนมีความแรงของสนามแม่เหล็กอย่างน้อย 15 ไมโครเทสลา ซึ่งเทียบได้กับสนามแม่เหล็กสมัยใหม่ (30 ไมโครเทสลา)
ผลลัพธ์เหล่านี้ให้ค่าประมาณความแรงของสนามแม่เหล็กโลกที่เก่าแก่ที่สุดซึ่งได้จากตัวอย่างหินทั้งหมด ซึ่งให้การประเมินที่แม่นยำและเชื่อถือได้มากกว่าการศึกษาก่อนหน้านี้ที่ใช้ผลึกเดี่ยวๆ
“การแยกบันทึกที่เชื่อถือได้ออกจากหินยุคนี้ถือเป็นความท้าทายอย่างยิ่ง และเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นมากที่ได้เห็นสัญญาณแม่เหล็กปฐมภูมิเริ่มปรากฏขึ้นเมื่อเราวิเคราะห์ตัวอย่างเหล่านี้ในห้องแล็บ” ศาสตราจารย์นิโคลส์กล่าว
“นี่เป็นก้าวที่สำคัญมากในขณะที่เราพยายามกำหนดบทบาทของสนามแม่เหล็กโบราณเมื่อสิ่งมีชีวิตบนโลกเกิดขึ้นครั้งแรก”
แม้ว่าความแรงของสนามแม่เหล็กจะดูค่อนข้างคงที่ แต่ในอดีตเป็นที่รู้กันว่าลมสุริยะมีกำลังแรงกว่ามาก
สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าการปกป้องพื้นผิวโลกจากลมสุริยะได้เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งอาจทำให้สิ่งมีชีวิตเคลื่อนตัวไปยังทวีปและละทิ้งการคุ้มครองของมหาสมุทร
สนามแม่เหล็กของโลกเกิดจากการผสมเหล็กหลอมเหลวในแกนกลางของไหลด้านนอก ซึ่งขับเคลื่อนด้วยแรงลอยตัวขณะที่แกนในแข็งตัว ซึ่งทำให้เกิดไดนาโม
ในระหว่างการก่อตัวของโลกในยุคแรก แกนชั้นในที่เป็นของแข็งยังไม่ได้ก่อตัวขึ้น ทำให้เกิดคำถามปลายเปิดว่าสนามแม่เหล็กในยุคแรก ๆ ดำรงอยู่ได้อย่างไร
ผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่ากลไกที่ขับเคลื่อนไดนาโมในยุคแรกเริ่มของโลกมีประสิทธิภาพพอๆ กันกับกระบวนการแข็งตัวที่สร้างสนามแม่เหล็กโลกในปัจจุบัน
การทำความเข้าใจว่าความแรงของสนามแม่เหล็กของโลกเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไปเป็นกุญแจสำคัญในการพิจารณาว่าเมื่อใดที่แกนกลางที่เป็นของแข็งภายในของโลกเริ่มก่อตัว
สิ่งนี้จะช่วยให้เราเข้าใจว่าความร้อนเล็ดลอดออกมาจากส่วนลึกภายในของโลกได้เร็วแค่ไหน ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจกระบวนการต่างๆ เช่น การแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก
ความท้าทายที่สำคัญในการสร้างสนามแม่เหล็กของโลกขึ้นมาใหม่จนถึงเวลาย้อนกลับไปคือเหตุการณ์ใดๆ ก็ตามที่ทำให้หินร้อนสามารถเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่เก็บรักษาไว้ได้
หินในเปลือกโลกมักจะมีประวัติทางธรณีวิทยาที่ซับซ้อนและยาวนาน ซึ่งลบข้อมูลสนามแม่เหล็กก่อนหน้านี้ออกไป
อย่างไรก็ตาม แถบ Isua Supracrustal มีธรณีวิทยาที่เป็นเอกลักษณ์ โดยตั้งอยู่บนเปลือกโลกทวีปหนาซึ่งช่วยปกป้องมันจากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกและการเสียรูปอย่างกว้างขวาง
สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างหลักฐานที่ชัดเจนซึ่งสนับสนุนการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กเมื่อ 3.7 พันล้านปีก่อน
ผลลัพธ์ยังอาจให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับบทบาทของสนามแม่เหล็กของเราในการกำหนดการพัฒนาชั้นบรรยากาศของโลกตามที่เราทราบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการหลบหนีของก๊าซในชั้นบรรยากาศ
“ในอนาคต เราหวังว่าจะขยายความรู้ของเราเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของโลกก่อนการเพิ่มขึ้นของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลกเมื่อประมาณ 2.5 พันล้านปีก่อน โดยการตรวจสอบลำดับหินโบราณอื่นๆ ในแคนาดา ออสเตรเลีย และแอฟริกาใต้” ผู้เขียนกล่าว
“ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับความแข็งแกร่งและความแปรปรวนของสนามแม่เหล็กโลกที่มีมาแต่โบราณจะช่วยให้เราระบุได้ว่าสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตบนพื้นผิวดาวเคราะห์และบทบาทของพวกเขาในการวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศหรือไม่”
ที่ศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิจัยธรณีฟิสิกส์-
-
แคลร์ ไอโอ นิโคลส์และคณะ- 2024. บันทึก Eoarchean ที่เป็นไปได้ของสนามแม่เหล็กโลกที่เก็บรักษาไว้ในแถบ Isua Supracrustal ทางตอนใต้ของกรีนแลนด์วารสารวิจัยธรณีฟิสิกส์129 (4): e2023JB027706; ดอย: 10.1029/2023JB027706
