鋯石樣本分析結果相反,地球磁場起源時間點又陷入迷霧

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 13 日 10:05 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


地球磁場對我們的重要性不必多說,它偏轉太陽風以避免帶電粒子損毀地球上層大氣,同時也是現代社會導航的基礎。過去科學家分析地球最古老物質的結果顯示,地球磁場可能形成於 42 億年前,然而麻省理工學院最新研究提出一份完全相反的證據,現在我們仍不知道地球磁場起源於何時。

我們知道地球磁場的產生來自行星內部導電流體運動,當固態內核向外傳導熱量時會推動液態外核流動,從而產生​​強大電流,電流迴路產生延伸至外太空的磁場(安培定律)、磁場的變化又產生電場(法拉第定律),形成一種反饋作用,該機制被稱為地核發電機理論。

過去多條證據表明,地球磁場至少在 35 億年前就存在,然而磁場產生的推手之一:固態內核,卻可能在 10 億年前才開始凝固,這代表 10 億年前的磁場應該由其他非發電機理論的機制驅動。

1980 年代,科學家從澳洲中西部的傑克山丘(Jack Hills)發現了幾顆稀有鋯石結晶; 2015 年時,一個獨立研究團隊從傑克山丘的鋯石中發現磁性材料,定年結果顯示其為地球上已知最古老的物質,分析表明地球磁場形成時間可追溯至 42 億年前,比過去估計的還早 10 年,幾乎和地球本身形成時間差不多,這代表磁場形成機制需要重新思考。

該故事版本令人著迷,然而麻省理工學院團隊最近發表一篇新研究,可能提出完全相反的證據。研究人員分析從相同地方出土的鋯石(zircon)晶體,發現當年檢測到的磁性材料並不能說明是在 42 億年前的鋯石晶體中形成,這場記錄媒介並不可靠,也就是說,地球磁場是否在 42 億年前就存在仍舊尚無定論。

麻省理工學院團隊從傑克山丘的岩石樣品中提取了 3,754 個鋯石晶粒,每個晶粒長約 150 微米,接著使用標準的測年技術確定每種鋯石的年齡,範圍從 10~42 億年不等。其中大約 250 個晶粒的年齡超過 35 億年,研究團隊繼續深入對這些樣品進行成像以尋找裂紋或二次材料,比如晶體完全形成後二度沉積在晶體上或內部的礦物質,並試圖證明在過去數 10 億年中,它們被明顯加熱。

然而這 250 個樣品中,只有 3 個鋯石樣本帶有合適的磁記錄。

研究團隊再繼續針對這 3 個鋯石進行詳細實驗,確定它們可能包含哪種磁性材料,最終在其中 2 個樣本中確認存在稱為磁鐵礦的礦物。使用高分辨率量子金剛石磁力計觀察 2 個鋯石的橫截面後,可以繪製出每個晶體中磁鐵礦的位置,結果研究人員發現磁鐵礦沿著鋯石內部的裂縫或損壞區域分布。

這裂縫代表磁鐵礦進入鋯石的時間、可能比鋯石最初形成的時間要晚得多,而無論說法為何,都表明這些鋯石不能當作可靠的地球磁場記錄媒介。

我們仍然不知道地球磁場起源於何時。

自 2015 年以來,有關地球磁場形成時間點的辯論便一直持續至今,激烈程度好比英國脫歐的。了解地球磁場起源,可以闡明地球上最早的生命形式生存在什麼環境條件下,科學家可能得繼續尋求其他地質樣本才能好好解釋一番。新論文發表在《科學前沿》(Science Advances)期刊。

(首圖來源:NASA/麻省理工學院

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