Jordens skyddande magnetfält, som genereras av att virvla flytande järn i jordens yttre kärna, är osynligt men är livsviktigt för livet på jordens yta. Det skyddar planeten från solvinden. Magnetfältets intensitet sjönk dock till 10 % av vad den är nu för cirka 565 miljoner år sedan. Strax före den kambriska explosionen av flercelligt liv på jorden, återhämtade fältet sig oväntat och återfick sin styrka.
Vad fick magnetfältet att studsa tillbaka?
Ny forskning av forskare vid University of Rochester antyder att denna föryngring skedde snabbt enligt geologiska standarder - inom några tiotals miljoner år - och sammanföll med jordens fasta inre kärna, vilket tyder på att kärnan sannolikt är en direkt orsak.
John Tarduno, William R. Kenan, Jr., professor i geofysik vid institutionen för geo- och miljövetenskaper och dekanus för forskning för konst, vetenskap och teknik vid Rochester, sa: "Den inre kärnan är oerhört viktig. Precis innan den inre kärnan började växa var magnetfältet vid kollapspunkten, men så fort den inre kärnan började växa, regenererades fältet."
Forskare identifierade flera kritiska datum i den inre kärnans historia, vilket gav ledtrådar om Jordens historia och framtida evolution, hur den blev en beboelig planet, och evolutionen av andra planeter i solsystemet.
Forskare har försökt fastställa hur jordens magnetfält och kärna har förändrats under vår planets historia i årtionden på grund av förhållandet mellan magnetfältet och kärnan. På grund av materialets position och extremt höga temperaturer i kärnan kan de inte detektera magnetfältet direkt. Lyckligtvis, när mineraler svalnar från sitt smälta tillstånd, låser små magnetiska partiklar i mineralerna magnetfältets styrka och riktning.
Med hjälp av en CO2-laser och labbets supraledande kvantinterferensanordning (SQUID) magnetometer, bestämde forskarna ålder och tillväxt av den inre kärnan. De små magnetiska nålarna i dessa kristaller är perfekta magnetiska brännare.
Forskare studerade magnetismen i dessa gamla kristaller för att fastställa två nya viktiga datum i historien om den inre kärnan:
550 miljoner år sedan: den tidpunkt då magnetfältet började förnyas snabbt efter en nära kollaps 15 miljoner år innan dess. Bildandet av en solid inre kärna, som återfyllde den smälta yttre kärnan och förstärkte magnetfältet, är vad forskarna tror är ansvarigt för magnetfältets snabba förnyelse.
För 450 miljoner år sedan: tiden då den växande inre kärnans struktur förändrades och markerade gränsen mellan den innersta och yttersta innerkärnan. På grund av plattektonik på ytan sker dessa förändringar i den inre kärnan samtidigt som förändringar i mantelns struktur ovanför den.
John A. Tarduno, William R. Kenan, Jr., professor; Professor i geofysik, dekanus för forskning, konst, vetenskap och teknik, sa: "Eftersom vi begränsade den inre kärnans ålder mer exakt, kunde vi utforska det faktum att dagens inre kärna är sammansatt av två delar. Plattektoniska rörelser på jordens yta påverkade indirekt den inre kärnan, och historien om dessa rörelser är inpräntad djupt inuti jorden i inner kärnans struktur. "
Att förstå dynamiken och tillväxten av den inre kärnan kan ge viktiga ledtrådar till de förhållanden under vilka andra planeter kan bilda magnetiska sköldar och upprätthålla de villkor som är nödvändiga för att hysa liv.
Tarduno sade, "I planetarisk evolution betonar forskningen vikten av en magnetisk sköld och en mekanism för att upprätthålla den."
"Denna forskning belyser behovet av att ha något som en växande inre kärna som upprätthåller ett magnetiskt fält under hela livet - många miljarder år - av en planet."
Tidskriftsreferens:
- Zhou, T., Tarduno, JA, Nimmo, F., et al. Tidig kambrisk förnyelse av geodynamo och ursprunget till den inre kärnstrukturen. Nat Commun 13, 4161 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31677-7
