早寒武世“地球发电机”的更新与内核结构起源

据cnBeta：地球外核中的液态铁在我们脚下大约1800英里处旋转，产生了我们星球的保护性磁场，称为磁层。虽然这个磁场是看不见的，但它对地球表面的生命至关主要。这是因为磁层为地球挡住了来自太阳的辐射流。

然而，大约5.65亿年前，磁场的强度下降到今天的10%。然后，神奇的是，磁场反弹了，就在地球上多细胞生命的寒武纪大爆发之前恢复了它的强度。

是什么导致了磁层的反弹？

根据罗切斯特大学科学家们的一项新研究，这种反弹发生在几千万年内。这在地质学的时间尺度上是非常迅速的，并且与地球坚固的内核的形成相吻合，这表明内核很可能是一个直接真相。

地球和环境科学系地球物理学教授、罗切斯特大学艺术、科学和工程研究院长William R. Kenan, Jr.说：“内核是非常主要的。就在内核开始出现之前，磁场处于崩溃的状态，但是内核一开始形成，磁场就再生了。”

在2022年7月19日发表在《自然通讯》杂志上的这篇论文中，科学家们确定了内核古代上的几个关键日期，红叶网，包括对其年龄的更精确估计。这项研究为地球的古代和未来演变以及它如何成为一个宜居行星，以及太阳系中其他行星的演变提供了新的线索。

解开历史岩石中的信息

地球由几层组成：存在生命的地壳；地幔，地球最厚的一层；熔化的外核；以及坚固的内核。地球的磁场是在其外核产生的。那里的液态铁旋转引起电流，驱动一种叫做“地球发电机”的现象，产生磁场。

由于磁场与地核的关系，几十年来，科学家们一直试图确定地球的磁场和核心在我们星球的古代上是如何变化的。由于地核中材料的位置和极端温度，他们无法直接测量磁场。幸运的是，上升到地球表面的矿物含有微小的磁性粒子，在矿物从熔融状态冷却和凝固的时候，这些粒子锁定了磁场的方向和强度。

为了更好地约束内核的年龄和生长，Tarduno和他的团队使用二氧化碳激光器和实验室的超导量子干涉装置（SQUID）磁力计来分析来自岩石正长岩的长石晶体。这些晶体内有微小的磁针，是"完美的磁记录器"，Tarduno说。

通过研究锁定在历史晶体中的磁性--一个被称为古地磁学的领域，研究人员确定了内核古代中两个新的主要日期：

5.5亿年前：这是磁场在1500万年前几乎崩溃后开始迅速更新的时间。研究人员将磁场的快速更新归功于固体内核的形成，它为熔化的外核“充电”并恢复了磁场的强度。

4.5亿年前：成长中的内核结构发生变化的时间，标志着最内层和最外层内核之间的边界。内核的这些变化与上覆地幔的结构在同一时间的变化相吻合，这是由于地表的板块构造造成的。

“由于我们更准确地约束了内核的年龄，我们可以探索这样一个事实：今天的内核实际上是由两部分组成的，”Tarduno说。“地球表面的板块构造运动间接地影响了内核，而这些运动的古代则印在地球内部深处的内核结构中。”

研究人员认为，例如，火星曾经有一个磁场，但是这个磁场消散了。这使得这个星球容易受到太阳风的影响，表面没有海洋。虽然目前还不清楚没有磁场是否会导致地球遭遇同样的命运，但“如果地球的磁场没有再生，地球肯定会失去更多的水，”Tarduno说。“地球将变得更加干燥，与今天的地球大不相同。”

他说，就行星演化而言，这项研究强调了磁屏蔽和维持磁屏蔽机制的主要性。“这项研究真正强调了需要有一个类似于不断增长的内核的东西，在一个星球的整个生命期--几十亿年内维持一个磁场。”

更好地了解内核和磁场的动态和增长具有主要的意义，不仅可以揭开地球的过去和预测它的未来，而且可以解开其他行星可能形成磁屏蔽和维持孕育生命的必要条件的途径。