保存完好：伊苏亚地壳带东北部发现的 37 亿年前带状铁矿构造的一个例子。 （由克莱尔·尼科尔斯提供）
地球上最古老的化石中保存的古代生物可能经历过与我们今天观察到的类似的行星磁场。 英国牛津大学和美国麻省理工学院的研究小组的这一发现表明，37 亿年前地球的磁场相对较强，这一事实对早期地球微生物产生了重要影响。
“我们的发现很有趣，因为在地球的早期历史中，太阳产生了更加强烈的太阳风，”牛津大学地球科学系的团队负责人克莱尔·尼科尔斯解释道。 “这意味着，相同强度的磁场为当时出现的生命提供的屏蔽要少得多（因为磁层提供的地球周围的保护‘气泡’要小得多）。”
许多科学家认为，如果没有磁层保护我们免受Cosmos辐射和太阳风的影响，我们所知的生命就不可能存在。 然而，到目前为止，研究人员还不确定它第一次出现的时间以及它的强度有多大。
独特的岩石样本
在新的工作中，尼科尔斯和同事分析了格陵兰岛西南部伊苏亚地壳带北缘的岩石。 数十亿年前，当这些岩石被加热时，磁铁矿晶体形成，其中的氧化铁颗粒记录了周围磁场的强度和方向。
虽然类似的过程在地球历史上的许多地方多次发生过，但伊苏阿最北端的岩石却极其不寻常。 这是因为它们位于厚厚的大陆地壳顶部，这使得它们的磁性信息无法被后来的地质活动“擦除”。
事实上，根据研究人员的说法，这片土地在其历史上只经历过三次重大的热事件。 第一个也是最热的一次发生在 37 亿年前，将岩石加热至 550 °C。 随后的两次加热事件强度较小，而且由于它们没有将岩石加热到 400°C 以上，因此 37 亿年前的地球磁场记录仍然保持着第一次事件锁定后的状态。
恢复磁化矢量
尼科尔斯说，从伊苏亚收集样本具有挑战性，因为样本地点非常偏远，只能乘坐直升机才能到达。 回到实验室后，研究小组通过逐渐加热或施加越来越强的交变磁场，逐步对样品进行消磁。 尼科尔斯解释说：“这些过程使我们能够慢慢地从样本中去除磁信号，并恢复磁化矢量，该矢量告诉我们古代磁场的方向。”
为了确定古代磁场的强度，研究人员应用了已知的磁场，并将实验室中获得的磁化矢量与原始退磁中恢复的磁化矢量进行了比较。 他们发现 37 亿年前的岩石记录的磁场强度至少为 15 微特斯拉 (μT)。 相比之下，当今地球的磁场平均约为 30 µT。 这些结果构成了迄今为止从大块岩石样本中恢复的对地球磁场强度的最古老的估计，这种方法比以前对单个晶体的分析更加准确和可靠。
对早年生活的影响
地球磁场在 37 亿年前就已经相当强，这一事实具有多种含义。 一是，随着时间的推移，随着太阳风的减少，地球上的生命将逐渐不太可能经历高水平的电离辐射。 尼科尔斯说，这可能使得生物体能够迁移到陆地上，并离开深海中更具保护性的环境。
研究结果还表明，地球早期的磁发电机与当今产生地球磁场的机制一样有效。 这一发现将帮助科学家更好地了解地球内部固体核心何时开始形成，并有可能为地幔对流和板块构造等过程提供线索。
磁场是宜居性的关键标准吗？
不过，也许最深远的影响涉及其他行星上存在生命的可能性。 “了解地球磁场最古老的记录对于弄清楚磁场是否是宜居性的关键标准非常重要，”尼科尔斯告诉《物理世界》。 “我真的很想知道为什么地球看起来如此独特，以及磁场是否对其独特性很重要。”
这项研究中开发的技术在《地球物理研究杂志》中有详细介绍，可用于研究其他非常古老的岩石，例如在澳大利亚、加拿大和南非发现的岩石。 尼科尔斯说，她的下一个大项目将是对这些岩石进行类似的研究。
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