|
大約5.65億年前，地球上的生命逃過(guò)一劫。前段時(shí)間發(fā)表在《自然地球科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究表示，地磁層——一個(gè)像保護(hù)罩一樣包圍著地球的磁場(chǎng)——當(dāng)時(shí)已經(jīng)退化到有史以來(lái)的最低強(qiáng)度。如果沒(méi)有這個(gè)保護(hù)罩，地球可能會(huì)被來(lái)自太陽(yáng)的侵蝕大氣的爆發(fā)摧毀，然后逐漸失去大部分的空氣和水，直到變得像今天的火星一樣干燥荒涼。 該研究的作者說(shuō)，后來(lái)地球內(nèi)部深處進(jìn)行的一個(gè)過(guò)程幫助恢復(fù)了磁層的強(qiáng)度。即地球的液態(tài)鐵內(nèi)核的結(jié)晶過(guò)程，地球物理學(xué)家將其稱為“成核”過(guò)程。一旦內(nèi)核變成固體，旋轉(zhuǎn)的地核就像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)，增強(qiáng)了包裹著地球的電磁保護(hù)罩，從而避免了對(duì)整個(gè)地球的破壞。這轉(zhuǎn)而又為寒武紀(jì)生命大爆發(fā)創(chuàng)造了條件。寒武紀(jì)爆發(fā)發(fā)生于大約5.41億年前，當(dāng)時(shí)生物圈突然經(jīng)歷了地球歷史上最大規(guī)模的進(jìn)化擴(kuò)張。 約翰·塔都諾(John Tarduno)是美國(guó)羅切斯特大學(xué)的地球物理學(xué)家。他和同事觀察了魁北克省七島群島(Sept-?les)上一片火成巖中古代硅酸鹽晶體中的磁粒子，以此來(lái)測(cè)量5億多年前的地球磁場(chǎng)。上涌巖漿在到達(dá)地表之前冷卻從而形成成片火成巖。隨著巖漿冷卻，當(dāng)時(shí)地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的證據(jù)便被“鎖”在這些晶體中。 塔都諾通過(guò)加熱火成巖中的單晶體使其失去磁性，然后在磁場(chǎng)的作用下再加熱使其磁化，從而確定當(dāng)時(shí)的地球磁場(chǎng)強(qiáng)度。研究人員對(duì)約75000年間的晶體冷卻的的磁層強(qiáng)度進(jìn)行了平均計(jì)算，得出大約5.65億年前的磁層強(qiáng)度約是現(xiàn)在的十分之一——這一發(fā)現(xiàn)與獨(dú)立研究認(rèn)為的磁層在地質(zhì)時(shí)期緩慢而穩(wěn)定的增強(qiáng)相一致。塔都諾和他的同事推測(cè)，地球成長(zhǎng)中的內(nèi)核是磁層強(qiáng)度增加的原因。當(dāng)內(nèi)核結(jié)晶時(shí)，鐵和其他重元素落到其中心，而內(nèi)核的外部區(qū)域則變成了一層由較輕元素組成的液體層，引發(fā)了使地球發(fā)電機(jī)(地核)發(fā)揮作用的長(zhǎng)期對(duì)流。 未參與該研究的科學(xué)家表示，對(duì)地球古老磁場(chǎng)的了解本就不多，也不確定。美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的地球物理學(xué)家扎比內(nèi)·斯坦利(Sabine Stanley)說(shuō)道：“獲取早期古地磁樣本非常重要，因?yàn)槲覀兊南嚓P(guān)數(shù)據(jù)極少。目前，上述研究發(fā)現(xiàn)的只是特定時(shí)間間隔上的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。”雖然她指出，磁層在過(guò)去5億多年里強(qiáng)度明顯增加，確實(shí)支持了研究人員的分析;但她還是認(rèn)為需要更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。厄瓜多爾Yachay理工大學(xué)(Yachay Tech University)的地球物理學(xué)家埃莉莎(Elisa Piispa)告誡道，塔都諾小組使用的單晶方法來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度尚未被普遍接受。她說(shuō)：“古地磁學(xué)界的一些主要研究人員對(duì)此方法持懷疑態(tài)度。”德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究員克里斯塔·索德倫德(Krista Soderlund)說(shuō)，塔都諾小組的結(jié)果與其他幾個(gè)關(guān)于地核熱演化的模型以及大量其他古地磁觀測(cè)結(jié)果一致。 塔都諾和他的同事發(fā)現(xiàn)的磁場(chǎng)減弱現(xiàn)象與大約5.42億年前的埃迪卡拉紀(jì)末期滅絕事件(end-Ediacaran extinction)大致同時(shí)發(fā)生。該事件發(fā)生在寒武紀(jì)爆發(fā)之前，造成了原始生物、底棲固著生長(zhǎng)生物以及海洋生物的大量滅絕。2016年，羅馬薩皮恩扎大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家卡洛·多格里奧尼(Carlo Doglioni)提出，寒武紀(jì)之所以出現(xiàn)了大量新的生命形式，部分原因在于磁層強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。他說(shuō)：“埃迪卡拉紀(jì)之后，磁偶極子增加。我們之所以有一個(gè)優(yōu)良密集的大氣層來(lái)保護(hù)我們免受電離輻射，是因?yàn)槲覀冇幸粋€(gè)優(yōu)良強(qiáng)大的磁場(chǎng)。”化石證據(jù)表明，一些生物通過(guò)在海底掘洞藏身，才能在埃迪卡拉紀(jì)末期滅絕事件后存活下來(lái)。已經(jīng)滅絕的埃迪卡拉紀(jì)固定生物群就不具備掘洞這一特征。2016年，佛羅里達(dá)大學(xué)地質(zhì)學(xué)家約瑟夫·米爾特(Joseph Meert)進(jìn)行的一項(xiàng)研究認(rèn)為，造成埃迪卡拉紀(jì)末期滅絕事件的罪魁禍?zhǔn)资怯泻Φ淖贤饩€和宇宙射線，它們?cè)诖┻^(guò)了古地球減弱的磁場(chǎng)以及變薄的大氣層后，到達(dá)地表。他說(shuō):“當(dāng)保護(hù)罩分崩離析后，埃迪卡拉紀(jì)的生物就滅絕了，為后來(lái)的寒武紀(jì)大爆發(fā)騰出了生態(tài)空間。” 塔都諾認(rèn)為應(yīng)該審慎得出上述結(jié)論。他表示:“該假說(shuō)的問(wèn)題在于，地質(zhì)記錄中支持它的證據(jù)少之又少。如果我們看一下其他時(shí)間的嚴(yán)重磁弱，有的都到了磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)的程度。所以磁弱的周期非常短，可能只有幾百到幾千年。 米爾特承認(rèn)，其他時(shí)期的磁不穩(wěn)定與滅絕事件不是明顯相關(guān)。他說(shuō):“但地球磁場(chǎng)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)整體變?nèi)鯇?dǎo)致了物種滅絕，這也是事實(shí)。我的看法是，這種弱磁場(chǎng)存在的時(shí)期貫穿埃迪卡拉紀(jì)到寒武紀(jì)早期，所以時(shí)間比一般磁弱的周期要長(zhǎng)一些。” 塔都諾說(shuō)，盡管失去了磁場(chǎng)的保護(hù)，地球的大氣層和埃迪卡拉紀(jì)時(shí)期的生物生活的海洋都提供了足夠的保護(hù)，使生物免受有害輻射的傷害。但是米爾特注意到埃迪卡拉紀(jì)在陸地植物出現(xiàn)之前就已經(jīng)存在了，這些陸地植物合成的有機(jī)物(糖類等)遍布現(xiàn)代水域;所以可能是埃迪卡拉紀(jì)海洋的海水過(guò)于清澈，使得紫外線輻射能夠到達(dá)海底深處。米爾特說(shuō):“水確實(shí)能減弱紫外線，但它并不是萬(wàn)靈藥。紫外線可以穿透水到達(dá)大約10米深的地方。很多埃迪卡拉紀(jì)時(shí)期的動(dòng)物可能生活在更淺的水域。” 英國(guó)利物浦大學(xué)的地球科學(xué)家考特尼(Courtney Sprain)沒(méi)有參與以上任何研究，但她覺(jué)得需要更多的資料來(lái)確定埃迪卡拉紀(jì)末期滅絕事件的起因。她說(shuō)：“我認(rèn)為未來(lái)有辦法更進(jìn)一步理解這一事件。”她指出，一種方法是確定當(dāng)時(shí)世界各地的磁場(chǎng)是否都減弱了，還是說(shuō)這種現(xiàn)象只局限在七島群島周圍。另一點(diǎn)是更準(zhǔn)確地界定磁層變化的時(shí)間范圍。 最后，考特尼說(shuō)道確定埃迪卡拉紀(jì)滅絕事件的起因?qū)斫獯撕笊倪M(jìn)化至關(guān)重要。她補(bǔ)充說(shuō):“這對(duì)當(dāng)今地球的狀況、我們所看到的地球氣候的近代變化以及幫助我們理解人類現(xiàn)在的所作所為是否有可能造成大規(guī)模的生態(tài)崩潰，都具有重要意義。它有助于我們推測(cè)自己的未來(lái)。” |
|
|
