قد يكون الانهيار القريب للمجال المغناطيسي للأرض قبل 591 مليون سنة قد سمح للحياة المعقدة بالازدهار

قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.

سي إن إن
—

يلعب المجال المغناطيسي للأرض دورًا رئيسيًا في جعل كوكبنا صالحًا للسكن. تحمي الفقاعة الواقية الموجودة فوق الغلاف الجوي الكوكب من الإشعاع الشمسي والرياح والأشعة الكونية والتقلبات الشديدة في درجات الحرارة.

ومع ذلك، فقد انهار المجال المغناطيسي للأرض تقريبًا قبل 591 مليون سنة، ومن المفارقة أن هذا التغيير ربما لعب دورًا محوريًا في ازدهار الحياة المعقدة، حسبما وجدت دراسة جديدة.

“بشكل عام، المجال وقائي. لو لم يكن لدينا حقل في وقت مبكر من تاريخ الأرض لكان قد تم تجريد الماء من الكوكب بواسطة الأرض الرياح الشمسية وقال جون تاردونو، أستاذ الجيوفيزياء بجامعة روتشستر في نيويورك وكبير مؤلفي الدراسة الجديدة: “(تيار من الجسيمات النشطة المتدفقة من الشمس نحو الأرض)”.

“لكن في العصر الإدياكاري، كانت لدينا فترة رائعة في تطور أعماق الأرض عندما أصبحت العمليات التي تخلق المجال المغناطيسي … غير فعالة للغاية بعد مليارات السنين، لدرجة أن المجال انهار بالكامل تقريبًا”.

الدراسة التي نشرت في المجلة اتصالات الأرض والبيئة في 2 مايو، وجد أن المجال المغناطيسي للأرض، الذي تم إنشاؤه بواسطة حركة الحديد المنصهر في اللب الخارجي للأرضكانت أضعف بكثير من قوتها الحالية لمدة لا تقل عن 26 مليون سنة. كما ساعد اكتشاف الضعف المستمر للمجال المغناطيسي للأرض في حل لغز جيولوجي دائم حول متى تشكل اللب الداخلي الصلب للأرض.

يتماشى هذا الإطار الزمني مع فترة تُعرف باسم العصر الإدياكاري، عندما ظهرت أولى الحيوانات المعقدة في قاع البحر مع زيادة نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي والمحيطات.

بالكاد تشبه هذه الحيوانات الغريبة الحياة اليوم، مثل المراوح الاسكواشية والأنابيب والكعك والأقراص مثل ديكنسونيا، والتي يصل حجمها إلى 4.6 قدم (1.4 متر)، و كيمبريلا الشبيهة بالبطيئة.

قبل هذا الوقت، كانت الحياة إلى حد كبير أحادية الخلية ومجهرية. ويعتقد الباحثون أن المجال المغناطيسي الضعيف ربما أدى إلى زيادة الأكسجين في الغلاف الجوي، مما سمح بتطور الحياة المعقدة المبكرة.

ومن المعروف أن شدة المجال المغناطيسي للأرض تتقلب مع مرور الوقت، وتحتوي البلورات المحفوظة في الصخور على جزيئات مغناطيسية صغيرة تسجل في سجل شدة المجال المغناطيسي للأرض.

الدليل الأول على ضعف المجال المغناطيسي للأرض بشكل ملحوظ خلال هذه الفترة جاء في عام 2019 دراسة صخور عمرها 565 مليون سنة في كيبيك والتي أشارت إلى أن الحقل كان أضعف بعشر مرات مما هو عليه اليوم في تلك المرحلة.

وجمعت الدراسة الأخيرة المزيد من الأدلة الجيولوجية التي تشير إلى ضعف المجال المغناطيسي بشكل كبير، حيث تشير المعلومات الواردة في صخرة عمرها 591 مليون عام من موقع في جنوب البرازيل إلى أن المجال المغناطيسي كان أضعف 30 مرة مما هو عليه اليوم.

لم يكن المجال المغناطيسي الضعيف دائمًا على هذا النحو: فقد قام الفريق بفحص صخور مماثلة من جنوب إفريقيا يعود تاريخها إلى أكثر من ملياري سنة، ووجدوا، في ذلك الوقت، أن المجال المغناطيسي للأرض كان قويًا كما هو اليوم.

وأوضح تاردونو أنه على عكس الوضع الحالي، كان الجزء الأعمق من الأرض في ذلك الوقت سائلًا، وليس صلبًا، مما يؤثر على الطريقة التي يتم بها توليد المجال المغناطيسي.

وقال: “على مدى مليارات السنين، أصبحت هذه العملية أقل كفاءة”.

“وبحلول الوقت الذي وصلنا فيه إلى الإدياكارا، كان الحقل في مراحله الأخيرة. انها على وشك الانهيار. ولكن لحسن الحظ بالنسبة لنا، أصبح الجو باردًا بدرجة كافية حتى بدأ اللب الداخلي في التوليد (تقوية المجال المغناطيسي).”

يرتبط ظهور أقدم أشكال الحياة المعقدة التي كانت تطفو على طول قاع البحر في هذا الوقت بارتفاع مستويات الأكسجين. وقال تاردونو إن بعض الحيوانات يمكنها البقاء على قيد الحياة عند مستويات منخفضة من الأكسجين، مثل الإسفنج والحيوانات المجهرية، لكن الحيوانات الأكبر حجمًا ذات الأجسام الأكثر تعقيدًا التي تتحرك تحتاج إلى المزيد من الأكسجين.

تقليديا، يُعزى ارتفاع الأكسجين خلال هذا الوقت إلى كائنات التمثيل الضوئي مثل البكتيريا الزرقاء، التي أنتجت الأكسجين، مما سمح له بالتراكم في الماء بشكل مطرد مع مرور الوقت، كما أوضح المؤلف المشارك في الدراسة شوهاي شياو، أستاذ علم الأحياء الجيولوجية في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا.

ومع ذلك، اقترح البحث الجديد فرضية بديلة أو تكميلية تتضمن زيادة فقدان الهيدروجين إلى الفضاء عندما يكون المجال المغناطيسي الأرضي ضعيفًا.

“يحمي الغلاف المغناطيسي الأرض من الرياح الشمسية، وبالتالي يحافظ على الغلاف الجوي ملتصقًا بالأرض. وأضاف شياو عبر البريد الإلكتروني: “إن الغلاف المغناطيسي الأضعف يعني فقدان الغازات الأخف مثل الهيدروجين من الغلاف الجوي للأرض”.

وقال تاردونو إنه من الممكن حدوث عمليات متعددة في وقت واحد.

“نحن لا نتحدى أن واحدة أو أكثر من هذه العمليات كانت تحدث بشكل متزامن. وقال تاردونو: “لكن المجال الضعيف ربما سمح للأكسجين بتجاوز العتبة، مما ساعد على تطور الإشعاع الحيواني”.

وقال بيتر دريسكول، العالم العامل في مختبر الأرض والكواكب في معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن العاصمة، إنه يتفق مع نتائج الدراسة بشأن ضعف المجال المغناطيسي للأرض، لكن الادعاء بأن المجال المغناطيسي الضعيف يمكن أن يؤثر على الأكسجين في الغلاف الجوي. وكان من الصعب تقييم التطور البيولوجي. ولم يشارك في الدراسة.

وقال عبر البريد الإلكتروني: “من الصعب بالنسبة لي تقييم صحة هذا الادعاء لأن التأثير الذي قد تحدثه المجالات المغناطيسية الكوكبية على المناخ ليس مفهوما جيدا”.

وقال تاردونو إن فرضيتهم كانت “راسخة”، لكن إثبات العلاقة السببية قد يستغرق عقودًا من العمل الصعب نظرًا لقلة المعلومات المعروفة عن الحيوانات التي عاشت في ذلك الوقت.

وكشف التحليل الجيولوجي أيضًا عن تفاصيل مهمة حول الجزء الأعمق من مركز الأرض.

تتراوح التقديرات حول الوقت الذي قد يكون فيه اللب الداخلي للكوكب قد تصلب – عندما تبلور الحديد لأول مرة في مركز الكوكب – من 500 مليون إلى 2.5 مليار سنة مضت.

ال بحث حول شدة المجال المغناطيسي للأرض يشير إلى أن عمر النواة الداخلية للأرض يقع في الطرف الأحدث من هذا المقياس الزمني، حيث تصلب بعد 565 مليون سنة مضت، مما سمح للدرع المغناطيسي للأرض بالارتداد مرة أخرى.

وقال دريسكول: “يبدو أن الملاحظات تدعم الادعاء بأن النواة الداخلية تكوّنت لأول مرة بعد فترة وجيزة من هذا الوقت، مما دفع الجيودينامو (الآلية التي تخلق المجال المغناطيسي) من حالة ضعيفة وغير مستقرة إلى مجال ثنائي القطب قوي ومستقر”.

وقال تاردونو إن استعادة قوة المجال بعد العصر الإدياكاري، مع نمو اللب الداخلي، ربما كان مهمًا في منع جفاف الأرض الغنية بالمياه.

أما بالنسبة للحيوانات الغريبة في العصر الإدياكاري، فقد اختفت جميعها بحلول العصر الكامبري التالي، عندما انفجر تنوع الحياة وتشكلت فروع شجرة الحياة المألوفة اليوم في وقت قصير نسبيًا.