Der Beinahe-Zusammenbruch des Erdmagnetfeldes vor 591 Millionen Jahren könnte die Entstehung komplexen Lebens ermöglicht haben

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Das Erdmagnetfeld spielt eine wichtige Rolle dabei, unseren Planeten bewohnbar zu machen. Eine Schutzblase über der Atmosphäre schützt den Planeten vor Sonneneinstrahlung, Wind, kosmischer Strahlung und extremen Temperaturschwankungen.

Allerdings kollabierte das Erdmagnetfeld vor 591 Millionen Jahren beinahe, und ironischerweise könnte diese Veränderung eine entscheidende Rolle bei der Blüte komplexen Lebens gespielt haben, wie eine neue Studie herausgefunden hat.

„Im Allgemeinen hat das Feld eine schützende Wirkung. Hätten wir zu Beginn der Erdgeschichte kein Feld gehabt, hätte die Erde dem Planeten Wasser entzogen.“ Sonnenwind „(Ein Strom energiereicher Teilchen, der von der Sonne zur Erde fließt)“, sagte John Tarduno, Professor für Geophysik an der University of Rochester in New York und leitender Autor der neuen Studie.

„Aber im Ediacara erlebten wir eine bemerkenswerte Phase in der Entwicklung der tiefen Erde, als die Prozesse, die das Magnetfeld erzeugen, nach Milliarden von Jahren so ineffizient wurden, dass das Feld fast vollständig zusammenbrach.“

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Erd- und Umweltkommunikation Am 2. Mai wurde festgestellt, dass das Erdmagnetfeld, erzeugt durch Bewegung von geschmolzenem Eisen im äußeren ErdkernEs war seit mindestens 26 Millionen Jahren viel schwächer als seine derzeitige Stärke. Die Entdeckung der anhaltenden Schwächung des Erdmagnetfelds trug auch zur Lösung eines anhaltenden geologischen Rätsels über die Entstehung des festen inneren Erdkerns bei.

Dieser Zeitrahmen steht im Einklang mit einer Zeit, die als Ediacara-Zeit bekannt ist, als die ersten komplexen Tiere auf dem Meeresboden auftauchten, als der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre und den Ozeanen zunahm.

Diese seltsamen Tiere ähneln kaum noch dem heutigen Leben, etwa Propellern, Röhren, Kuchen und Scheiben von Kürbissen Dickinsoniader eine Größe von 4,6 Fuß (1,4 Meter) erreicht, und Langsame Kimberella.

Vor dieser Zeit war das Leben größtenteils einzellig und mikroskopisch klein. Die Forscher gehen davon aus, dass ein schwaches Magnetfeld möglicherweise zu einem erhöhten Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre geführt hat, was die Entwicklung von frühem komplexem Leben ermöglichte.

Es ist bekannt, dass die Stärke des Erdmagnetfelds im Laufe der Zeit schwankt und in Gesteinen konservierte Kristalle kleine magnetische Partikel enthalten, die in einer Aufzeichnung der Stärke des Erdmagnetfelds aufgezeichnet werden.

Der erste Beweis dafür, dass sich das Erdmagnetfeld in diesem Zeitraum deutlich abschwächte, stammt aus dem Jahr 2019 Untersuchung von 565 Millionen Jahre alten Gesteinen In Quebec deutete dies darauf hin, dass das Feld zu diesem Zeitpunkt zehnmal schwächer war als heute.

Die neueste Studie sammelte weitere geologische Beweise dafür, dass das Magnetfeld deutlich schwach war, da Informationen in einem 591 Millionen Jahre alten Gestein von einem Standort im Süden Brasiliens darauf hindeuten, dass das Magnetfeld 30-mal schwächer war als heute.

Das schwache Magnetfeld war nicht immer so: Das Team untersuchte ähnliche Gesteine ​​aus Südafrika, die mehr als zwei Milliarden Jahre alt sind, und stellte fest, dass das Erdmagnetfeld damals genauso stark war wie heute.

Anders als heute war der innerste Teil der Erde damals eine Flüssigkeit und kein Feststoff, was die Art und Weise beeinflusste, wie das Magnetfeld erzeugt wurde, erklärte Tarduno.

„Im Laufe der Milliarden von Jahren wurde dieser Prozess weniger effizient“, sagte er.

„Als wir Ediacara erreichten, befand sich das Feld in den letzten Zügen. Es stand kurz vor dem Zusammenbruch. Aber glücklicherweise war es für uns so kalt geworden, dass der innere Kern zu erzeugen begann (was das Magnetfeld verstärkte).“

Die Entstehung der ältesten komplexen Lebensformen, die zu dieser Zeit auf dem Meeresboden schwimmen, ist mit einem Anstieg des Sauerstoffgehalts verbunden. Einige Tiere können bei niedrigem Sauerstoffgehalt überleben, etwa Schwämme und mikroskopisch kleine Tiere, aber größere Tiere mit komplexeren Körpern, die sich bewegen, benötigen mehr Sauerstoff, sagte Tarduno.

Traditionell wird der Sauerstoffanstieg in dieser Zeit photosynthetischen Organismen wie Cyanobakterien zugeschrieben, die Sauerstoff produzierten und es ihm ermöglichten, sich im Laufe der Zeit stetig im Wasser anzusammeln, erklärte der Co-Autor der Studie, Shuhai Xiao, Professor für Geobiologie an der Virginia Tech.

Die neue Forschung hat jedoch eine alternative oder ergänzende Hypothese vorgeschlagen, die einen erhöhten Wasserstoffverlust in den Weltraum beinhaltet, wenn das Erdmagnetfeld schwach ist.

„Die Magnetosphäre schützt die Erde vor dem Sonnenwind und hält so die Atmosphäre mit der Erde verbunden. Eine schwächere Magnetosphäre bedeutet den Verlust leichterer Gase wie Wasserstoff aus der Erdatmosphäre“, fügte Xiao per E-Mail hinzu.

Es sei möglich, dass mehrere Prozesse gleichzeitig ablaufen, sagte Tarduno.

„Wir bestreiten nicht, dass einer oder mehrere dieser Prozesse gleichzeitig abliefen, aber das schwache Feld könnte dazu geführt haben, dass der Sauerstoff einen Schwellenwert überschreitet, was die Entwicklung der tierischen Strahlung begünstigt hat“, sagte Tarduno.

Peter Driscoll, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Earth and Planetary Laboratory der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., sagte, er stimme den Ergebnissen der Studie über das schwache Magnetfeld der Erde zu, die Behauptung sei jedoch, dass ein schwaches Magnetfeld den Sauerstoff in der Erde beeinflussen könnte Atmosphäre. Die biologische Evolution war schwer zu beurteilen. Er nahm nicht an der Studie teil.

„Es fällt mir schwer, die Gültigkeit dieser Behauptung zu beurteilen, da die Auswirkungen, die planetare Magnetfelder auf das Klima haben könnten, nicht genau verstanden sind“, sagte er per E-Mail.

Ihre Hypothese sei „gut etabliert“, sagte Tarduno, aber der Nachweis der Kausalität würde Jahrzehnte schwieriger Arbeit erfordern, wenn man bedenkt, wie wenig über die damals lebenden Tiere bekannt ist.

Geologische Analysen enthüllten auch wichtige Details über den innersten Teil des Erdmittelpunkts.

Schätzungen darüber, wann sich der innere Kern des Planeten verfestigt haben könnte – als Eisen zum ersten Mal im Zentrum des Planeten kristallisierte – reichen von 500 Millionen bis 2,5 Milliarden Jahren.

Die Forschung zur Stärke des Erdmagnetfeldes Zeigt dieses Alter an Der innere Kern der Erde Es befindet sich am jüngeren Ende dieser Zeitskala, wo es vor 565 Millionen Jahren erstarrte und es dem magnetischen Schild der Erde ermöglichte, sich wieder zu erholen.

„Die Beobachtungen scheinen die Behauptung zu stützen, dass sich der innere Kern kurz nach dieser Zeit gebildet hat und den Geodynamo (den Mechanismus, der das Magnetfeld erzeugt) von einem schwachen, instabilen Zustand in ein starkes, stabiles Dipolfeld verschoben hat“, sagte Driscoll.

Die Wiederherstellung der Feldstärke nach dem Ediacaran, als der innere Kern wuchs, könnte wichtig gewesen sein, um das Austrocknen der wasserreichen Erde zu verhindern, sagte Tarduno.

Was die exotischen Tiere der Ediacara-Zeit betrifft, so waren sie in der folgenden kambrischen Periode alle verschwunden Die Vielfalt des Lebens explodierte Die heute bekannten Zweige des Lebensbaumes entstanden in relativ kurzer Zeit.