Магнитное поле Земли и уровень кислорода в атмосфере, как выяснили ученые, на протяжении сотен миллионов лет менялись почти синхронно. Такое совпадение нельзя назвать случайным: оно указывает на тесную связь между внутренними процессами планеты и условиями, при которых жизнь на поверхности способна существовать и развиваться.
Этот вывод стал результатом масштабного анализа данных, охватывающих почти полмиллиарда лет. Об этом сообщает NASA со ссылкой на публикацию в журнале Science Advances.
Исследователи установили, что колебания напряженности магнитного поля Земли происходили в те же эпохи, когда изменялось содержание кислорода в атмосфере. Такая закономерность наблюдалась на протяжении около 540 миллионов лет.
По сути, это означает, что способность планеты поддерживать жизнь зависит не только от климата или состава воздуха, но и от глубинных геологических процессов, происходящих в ядре и мантии.
Ученые предположили, что именно внутренние изменения Земли могли влиять на химический состав атмосферы и условия, при которых формировалась биосфера. Результаты указывают на то, что активность в недрах и динамика магнитного поля напрямую связаны с устойчивостью экосистем, подобно тому, как процессы в мантии формируют рельеф и направление течения рек — тайна глубинных процессов Земли.
Магнитное поле планеты возникает за счет движения расплавленного железа и никеля в ее внешнем ядре. Эти потоки создают огромный естественный электромагнит, который защищает Землю от солнечного ветра и потоков заряженных частиц.
Однако активность ядра непостоянна. Сила поля может усиливаться или ослабевать в зависимости от изменений теплового потока и движения вещества.
"Эти два набора данных очень похожи. Земля — единственная известная планета, на которой существует сложная жизнь. Обнаруженные нами корреляции могут помочь понять, как эволюция биосферы связана с внутренними процессами планеты", -отметил соавтор исследования, геофизик Вейцзя Куанг из Центра космических полетов имени Годдарда NASA.
Ученые подчеркивают, что роль магнитного поля в сохранении атмосферы и защите от космического излучения до конца не изучена. Но уже ясно, что оно играет решающую роль в формировании условий, при которых жизнь становится возможной.
Сведения о магнитном поле древней Земли ученые находят в породах, сохранивших направление и силу поля при их формировании. Когда магма остывает, частицы минералов "запоминают" состояние магнитного поля того времени. Анализируя такие образцы, можно восстановить историю изменений поля на протяжении сотен миллионов лет.
Параллельно исследователи изучают химический состав тех же пород, чтобы определить уровень кислорода в атмосфере в эпоху их образования. Ранее эти два типа данных — магнитные и геохимические — рассматривались отдельно, но новое исследование впервые сопоставило их напрямую.
"Эта корреляция позволяет предположить, что и напряженность магнитного поля, и уровень кислорода — результат одного и того же геодинамического процесса, возможно, связанного с движением континентов", — пояснил соавтор исследования, биогеохимик Бенджамин Миллс из Университета Лидса.
Полученные результаты указывают, что синхронность изменений магнитного поля и кислорода прослеживается с кембрийского периода — времени, когда на Земле стремительно развивалась сложная жизнь. Это совпадение может означать, что внутренние процессы планеты создавали условия, благоприятные для биологической эволюции.
Исследовательская группа намерена углубить анализ, чтобы выяснить, существовала ли такая взаимосвязь и в более ранние эпохи. Особое внимание будет уделено элементам, важным для поддержания жизни, — например, азоту, углероду и сере. Эти данные могут помочь понять, как внутренние механизмы планеты определяли устойчивость атмосферы и биосферы на протяжении миллиардов лет.
"Предстоит еще много работы, чтобы окончательно выяснить механизмы, связывающие недра Земли и поверхность", — подчеркнул участник проекта Рави Коппарапу.
Связь между недрами планеты и атмосферой перекликается с открытиями в других областях науки, где неожиданные факторы влияют на устойчивость экосистем — например, как ледники Антарктиды несут свои тайны к океану, меняя глобальный баланс воды и климата.
Новое исследование NASA открывает неожиданный взгляд на эволюцию Земли. Жизнь на нашей планете может быть не просто результатом благоприятных внешних факторов, а следствием глубинных процессов, происходящих под поверхностью.
Понимание этой связи может помочь лучше предсказать, какие планеты в других системах способны поддерживать жизнь, и какие признаки следует искать в их атмосферах и магнитных полях.