啟動磁場 盾衛地球

▲磁力線保護地球：新的證據表明，保護地球不受太陽風直接吹襲的地球磁場，可以追溯到大約34.5億年前，與生命誕生大致同時。

    撰文/約翰·馬特森（John Matson）

 

    地球強有力的磁場保護著這顆行星和寓居其上的生命免受太陽風的侵襲，使它們不至于像金星和火星那樣，由于缺乏堅強的盾衛，在演化歲月中被來自太陽的離子風暴不斷轟擊，水資源被橫掃殆盡，大氣層也漸趨無力。弄清地球磁場出現的時間表和地磁產生機制（地核外層的巖漿對流，像發電機一樣產生地球磁場）的來龍去脈，有助于還原地球早期歷史，揭示包括地質、氣象和天文過程在內的各種因素如何將地球打造成一處宜人之所。

    美國羅切斯特大學的地球物理學家約翰·A·塔爾杜諾（John A. Tarduno）已經和同事一道試圖對此尋根溯源。他們展示的證據表明，地球早在34.5億年前就通過上述流體發電機機制獲得了磁場，此時距地球形成不過 10億年左右。這項最新的研究成果發表在今年 3月 5日的《科學》雜志上，它將地球磁場的歷史提前了至少 2億年——從事相關研究的另一個小組曾在 2007年展示了類似的證據，不過他們的巖石樣本年代稍晚，結果推測出地球在 32億年前便擁有了很強的地磁場。

    塔爾杜諾和他的研究組分析了來自卡普瓦爾克拉通（Kaapvaal craton）的巖石，這一區域位于非洲大陸南部尖端附近，仍保留著早期太古宙（Archean）陸殼的原貌。（太古宙是指距今約 38億年前至 25億年前的這段地質時期）。他們在 2009年發現，其中一些巖石在 34.5億年前曾被磁化過，而現有的直接證據表明生命創生于約 35億年前，兩者大致吻合。但這些巖石磁場也有可能是被地外磁場磁化的，如太陽風暴。金星就是一個例子，盡管它的內部磁場很弱，但太陽風暴對其濃厚大氣層的不斷轟擊仍導致金星擁有一個可探測的行星磁場。

    在這項最新研究中，他們測算了在卡普瓦爾巖石上留下現有磁場烙印所需的磁場強度，結果表明該磁場強度是現有地磁強度的 50%～70%，比預期的外部磁場（如微弱的金星磁場）強出好多倍。這一結果表明，當時存在的磁場應該是內部流體發電機產生的。

    研究者進一步推測了當時的地磁能在多大程度上抵御太陽風，由此發現太古宙早期地球的磁層頂（magnetpause）距離地球表面約 3萬千米。磁層頂是地磁場抵御太陽風的最外層邊界。如今地球磁層頂到地面的距離約為 6萬千米，具體位置會隨太陽的極端能量噴發活動而不斷變動。塔爾杜諾說：“35億年前磁層頂的穩定位置，大約跟如今超級太陽風暴發生時的磁層頂位置差不多。 ”磁層頂距離地面如此之近，無法完全屏蔽太陽風，因此早期地球或許已經失去過很多的水。

    隨著尋找太陽系外類地行星的步伐日益加快，塔爾杜諾說，今后在模擬行星的生命適宜程度時應該將星風、行星大氣和磁場之間的關系考慮進去。他指出，目前看來磁場對行星水儲量的影響尤為重要。

    美國華盛頓大學塔科馬分校（University of Washington Tacoma）的地質學家彼得·A·塞爾金（Peter A. Selkin）認為，上述工作引人入勝，結果也合乎情理。不過他也指出，雖然卡普瓦爾克拉通的礦物構成和環境溫度在過去數十億年間變化不大，“但并非原封不動地保持在初始狀態”，他認為“還要進一步分析塔爾杜諾及其合作者所用的礦石，不能急于拍板”。

    加拿大多倫多大學 的地球物理學家戴維·J·鄧洛普 （David J. Dunlop）對塔爾杜諾小組的結果有信心，他稱此項工作“論證非常嚴謹”。把這些磁場出現的時間確定在距今 34億年前至 34.5億年前“是非常有把握的”。鄧洛普還說：“能將地球發電機的啟動時間再往前推，想想就讓人激動，不過這似乎不太可能了。“因為地球上再也沒有其他地方能夠獲得自然界如此垂青，將原始磁場的痕跡如此完整地保存下來了。（譯/龐瑋  校/虞駿）