Het oudste onbetwistbare bewijs van het magnetische veld van de aarde werd ontdekt in Groenland

Samenstudie door Oxford universiteit En Massachusetts Institute of Technology NASA heeft een 3,7 miljard jaar oud magnetisch veldrecord uit Groenland onthuld, waaruit blijkt dat het oude magnetische veld van de aarde net zo sterk was als nu, wat cruciaal is voor de bescherming van het leven door bescherming tegen kosmische straling en zonnestraling.

Een nieuwe studie heeft een 3,7 miljard jaar oud record van het magnetische veld van de aarde teruggevonden, waarbij werd vastgesteld dat het opmerkelijk veel lijkt op het veld dat de aarde vandaag de dag omringt. De resultaten zijn vandaag (24 april) gepubliceerd in het tijdschrift Tijdschrift voor geofysisch onderzoek.

Zonder het magnetische veld zou het leven op aarde niet mogelijk zijn, omdat dit ons beschermt tegen schadelijke kosmische straling en geladen deeltjes die door de zon worden uitgezonden (“zonnewind”). Maar tot nu toe is er geen betrouwbare datum voor het moment waarop het moderne magnetische veld voor het eerst ontstond.

Er werden monsters genomen langs de transecten om het verschil te vergelijken tussen vulkanische indringers die 3,5 miljard jaar oud zijn, en de omliggende rotsen waarvan onderzoekers hebben aangetoond dat ze een record bevatten van het 3,7 miljard jaar oude magnetische veld. Krediet: Claire Nicholls

Onderzoek van oude rotsen

In de nieuwe studie onderzochten de onderzoekers een oude reeks ijzerhoudende rotsen uit Isua, Groenland. De ijzerdeeltjes fungeren effectief als kleine magneten die de sterkte en richting van het magnetische veld kunnen registreren terwijl het kristallisatieproces ze op hun plaats houdt. De onderzoekers ontdekten dat rotsen die dateren van 3,7 miljard jaar geleden een magnetische veldsterkte hadden van minstens 15 microtesla, vergeleken met het moderne magnetische veld (30 microtesla).

Deze resultaten bieden de oudste schatting van de sterkte van het magnetische veld van de aarde, afgeleid van hele gesteentemonsters, wat een nauwkeurigere en betrouwbaardere beoordeling oplevert dan eerdere onderzoeken waarbij individuele kristallen werden gebruikt.

Studiecoauteur Athena Easter staat voor een groot gebied van de Banded Iron Formation, de ijzerrijke afzetting waaruit oude magnetische veldsignalen zijn gewonnen. Krediet: Claire Nicholls

Inzichten uit het onderzoek

Hoofdonderzoeker Professor Claire Nicholls (Departement Aardwetenschappen, Universiteit van Oxford) zei: “Het extraheren van betrouwbare gegevens uit gesteenten van deze leeftijd is buitengewoon moeilijk, en het was echt opwindend om te zien hoe de eerste magnetische signalen begonnen op te duiken toen we deze monsters analyseerden in het laboratorium.” . Dit is een heel belangrijke stap voorwaarts als we proberen de rol van het oude magnetische veld te bepalen toen het leven voor het eerst op aarde verscheen.

Hoewel de sterkte van het magnetische veld relatief constant lijkt te zijn gebleven, is het bekend dat de zonnewind in het verleden veel sterker was. Dit suggereert dat de bescherming van het aardoppervlak tegen zonnewinden in de loop van de tijd is toegenomen, waardoor het leven zich mogelijk naar de continenten heeft kunnen verplaatsen en de bescherming van de oceanen heeft verlaten.

Het magnetische veld van de aarde wordt gecreëerd door gesmolten ijzer in de buitenste kern van vloeistof te mengen, aangedreven door drijvende krachten, terwijl de binnenste kern stolt, waardoor een dynamo ontstaat. Tijdens de vroege vorming van de aarde had de vaste binnenkern zich nog niet gevormd, waardoor er open vragen bleven over hoe het vroege magnetische veld in stand werd gehouden. Deze nieuwe bevindingen suggereren dat het mechanisme dat de vroege dynamo van de aarde aandreef, even efficiënt was als het stollingsproces dat vandaag de dag het magnetische veld van de aarde genereert.

Begrijpen hoe de sterkte van het magnetische veld van de aarde in de loop van de tijd verandert, is ook de sleutel tot het bepalen wanneer de vaste binnenkern van de aarde zich begon te vormen. Dit zal ons helpen begrijpen hoe snel warmte uit het diepe binnenland van de aarde ontsnapt, wat essentieel is voor het begrijpen van processen zoals platentektoniek.

Geologische en meteorologische effecten

Een van de grote uitdagingen bij het reconstrueren van het magnetische veld van de aarde tot nu toe is dat elke gebeurtenis die ervoor zorgt dat rotsen opwarmen, de bewaarde signalen kan veranderen. Rotsen in de aardkorst hebben vaak een lange en complexe geologische geschiedenis die informatie over magnetische velden uit het verleden uitwist. De supracrustale gordel van Isoa heeft echter een unieke geologie, aangezien deze bovenop een dikke continentale korst ligt die hem beschermt tegen wijdverbreide tektonische activiteit en vervorming. Hierdoor hebben onderzoekers een duidelijke hoeveelheid bewijsmateriaal kunnen opbouwen dat het bestaan ​​van een magnetisch veld 3,7 miljard jaar geleden ondersteunt.

De resultaten kunnen ook nieuwe inzichten opleveren in de rol van ons magnetisch veld bij het vormgeven van de evolutie van de atmosfeer van de aarde zoals wij die kennen, vooral met betrekking tot het lekken van gassen uit de atmosfeer. Een momenteel onverklaard fenomeen is het verlies van niet-gereageerd xenongas uit onze atmosfeer, meer dan 2,5 miljard jaar geleden. Xenon is relatief zwaar en daarom is het onwaarschijnlijk dat het zomaar uit onze atmosfeer is verdwenen. Onlangs zijn wetenschappers begonnen met het onderzoeken van de mogelijkheid om geladen xenondeeltjes uit de atmosfeer te verwijderen door een magnetisch veld.

In de toekomst hopen onderzoekers onze kennis van het magnetische veld van de aarde vóór het verschijnen van zuurstof in de atmosfeer van de aarde, ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, uit te breiden door andere oude rotssequenties in Canada, Australië en Zuid-Afrika te onderzoeken. Een beter begrip van de eeuwenoude sterkte en variabiliteit van het aardmagnetisch veld zal ons helpen bepalen of planetaire magnetische velden nodig zijn om leven op het planeetoppervlak te huisvesten en wat hun rol is in de evolutie van de atmosfeer.

Referentie: “Waarschijnlijke Eoarcheïsche gegevens van het geomagnetische veld bewaard in de Isua Supracrustal Belt, Zuidwest-Groenland” door Clare I. O. Nicholls, Benjamin B. Weiss, Athena Easter, Craig R. Martin, Adam C. Maloof, Nigel M. Kelly, Mike J. Zawaski, Stephen J. Mojzis, E. Bruce Watson en Daniele J. Czerniak, 24 april 2024, Journal of Geophysical Research: Vaste aarde.
doi: 10.1029/2023JB027706