За последние 540 миллионов лет концентрация кислорода и сила магнитного поля Земли изменялись очень схожим образом. Причины этого явления остаются загадкой: ни один известный или предполагаемый механизм не может объяснить такую корреляцию. Если эта связь реальна, это может кардинально изменить понимание возможностей для развития сложной жизни на самых распространенных типах планет во Вселенной.
Международная группа учёных сравнила интенсивность магнитного поля Земли в прошлом (оно определяется по намагниченности древних пород) с количеством кислорода в атмосфере за то же время. опубликовали в журнале Science Advances.
Между магнитным полем и содержанием кислорода в воздухе обнаружена корреляция на уровне 0,72. Хотя это не абсолютная связь, для сложных систем с множеством взаимосвязей, к которым относится атмосфера и её состав, такой показатель необычно высок.
Убрав временные хаотические колебания в уровне кислорода для четкости графиков, авторы научной работы обнаружили, что корреляция практически осталась прежней. Это свидетельствует о закономерности, которую исследователи до сих пор не могут объяснить.
Магнитное поле теоретически уменьшает потерю ионов кислорода в космос. Однако по расчётам, потеря составляет от 200 до 2000 раз меньше притока кислорода в атмосферу за последние полмиллиарда лет. Поэтому учёные предполагают другие причины.
В теории, затвердение твердого внутреннего ядра Земли может временно усилить магнитное поле и вызвать геохимические процессы, увеличивающие приток кислородосодержащих газов на поверхность.
При усилении конвекции в земном ядре геомагнитное динамо должно усиливаться, но этот процесс не может быть достаточно быстрым для объяснения резкого скачка силы магнитного поля (и уровня кислорода) 220-330 миллионов лет назад, когда на Земле был необычайно высокий уровень кислорода в воздухе.
В попытках осмыслить эту эпоху исследователи считают, что образование и разрушение сверхконтинентов (Панея) каким-то образом способствуют поступлению веществ с кислородом на поверхность планеты и усилению ее магнитного поля. Кайамский суперхрон обратной полярности Магнитное поле (262-312 млн лет назад) может являться проявлением этого процесса.
Предложенный авторами механизм воздействия суперконтинентов основан на изменении среднего теплового потока от земного ядра к поверхности. Отдача тепла через континентальные участки коры происходит хуже, чем через океанические. Образование обширной суперконтинентальной «крышки» могло затруднить теплоотвод как на поверхности планеты, так и в итоге на границе ядра и мантии Земли.
Другой процесс: окисление горных пород на континентах протекает более интенсивно, чем в океанической коре. Существуют и другие способы влияния континентов на окислительно-восстановительные процессы поверхности планеты. Исследователи предположили, что скорость расхождения океанических плит может каким-то образом повлиять на доставку кислородсодержащих соединений из глубин планеты на ее поверхность, но конкретных механизмов не назвали.
Из более ранней истории известно, что при сильном падении магнитного поля в конце эдиакарского периода концентрация кислорода, предположительно, быстро росла. Как это согласуется с обратной корреляцией в новой работе и предложенными авторами механизмами — неясно.
По современным представлениям, большинство планет в обитаемой зоне нашей Вселенной вращаются вокруг красных карликов. Тяжелые звезды обладают меньшей светимостью по сравнению с Солнцем, вследствие чего обитаемая зона расположена очень близко к звезде. Из-за этого гравитация звезды замедляет вращение планеты и приводит к приливному захвату — ситуации, когда планета всегда обращена своей одной стороной к своему светилу.
Некоторые ученые полагают, что медленное вращение приводит к быстрому затуханию магнитного поля на таких планетах. Если авторы нового исследования верно установили связь между содержанием кислорода в атмосфере и силой магнитного поля, то такие планеты с трудом достигнут высокого уровня О2. Перспективы развития сложной жизни при низкой концентрации этого газа в атмосфере ограничены.
