Около полумиллиарда лет назад по неизвестной причине магнитное поле Земли значительно уменьшилось в интенсивности и сохраняло этот уровень в течение миллионов лет.
Образцы минералов из группы были проанализированы международной командой ученых плагиоклазов, найденные в Бразилии образцы минералов имеют возраст приблизительно 560–590 миллионов лет, то есть относятся к периоду, предшествовавшему кембрийскому взрыву биоразнообразия. Сопоставив эти минералы с аналогичными, обнаруженными в другие геологические эпохи, ученые сделали неожиданный вывод о том, что магнитное поле Земли в то время было значительно слабее, чем сейчас. Авторы исследования полагают, что это могло существенно повлиять на развитие жизни на Земле. Статья об этом опубликована в Communications Earth & Environment.
Около половины всей радиации, достигающей современной Земли, удерживается магнитным полем, а другая половина поглощается атмосферой. Однако это не подразумевает, что магнитное поле абсолютно необходимо для существования земной жизни или наличия плотной атмосферы: например, на Титане, спутнике Сатурна, атмосфера в четыре раза плотнее земной, что обеспечивает более низкий уровень радиации на поверхности по сравнению с Землей. Тем не менее, при характеристиках земной атмосферы отсутствие магнитного поля привело бы к увеличению естественного радиационного фона на планете примерно в два раза.
В ходе текущего исследования ученые сопоставляли параметры магнетизации кристаллов плагиоклазов, возраст которых варьируется от 591 до 565 миллионов лет. Сопоставление этих минералов с образцами из других геологических периодов позволило авторам сделать вывод о том, что в течение 26 миллионов лет средняя интенсивность земного магнитного поля была в 30 раз ниже, чем наблюдается в настоящее время. На основании полученных данных была предложена гипотеза, согласно которой слабое магнитное поле могло способствовать насыщению атмосферы кислородом, что, в свою очередь, послужило условием для развития крупных многоклеточных животных эдиакарской фауны.
Ученые полагают, что механизм такого насыщения довольно прост: при ослабленном магнитном поле водяной пар в атмосфере Земли будет более эффективно распадаться на кислород и водород. Первый газ легко покидает планету, а второй, согласно мнению авторов научной работы, остается на Земле, существенно увеличивая концентрацию кислорода.
Исследователи находят подтверждение своей гипотезы в заметном увеличении числа крупных многоклеточных организмов, зафиксированном в палеонтологических данных в период с 575 по 565 миллионов лет назад. По словам ученых, даже при значительно более низком, чем современный, содержании кислорода, мелкие аэробные организмы способны выживать, однако крупным многоклеточным в таких условиях не хватает кислорода. Это объясняется водной средой обитания тех лет и более низкой растворимостью газов в воде, учитывая относительно высокую температуру той эпохи.
Обнаружение значительного снижения силы магнитного поля Земли на 26 миллионов лет имеет большое значение. До этого момента науке было неизвестно, что планеты могут испытывать столь продолжительное обратимое ослабление магнитного поля. Теоретические объяснения этому явлению пока не найдены. В случае, если бы подобное происходило сегодня, северные сияния регулярно наблюдались бы даже на экваторе.
Вопрос о влиянии ослабления магнитного поля на первый в истории Земли всплеск биоразнообразия вызывает определенные сомнения. Неясно, почему это произошло лишь около 575 миллионов лет назад, а не сразу после ослабления магнитного поля 591 миллион лет назад. Что удерживало биосферу в течение 16 миллионов лет?
Остается неясным, как распад водяного пара в стратосфере мог существенно увеличить содержание кислорода вблизи поверхности Земли. Стратосфера нашей планеты обычно характеризуется низкой влажностью, и в ней содержится очень мало водяного пара. Вероятно, именно поэтому авторы не представили расчеты, демонстрирующие объем кислорода, который мог образоваться за 26 миллионов лет при слабом магнитном поле в соответствии с их гипотезой. Без подобных вычислений, предположение лишено количественной обоснованности.
Несмотря на это, нельзя полностью исключить влияние снижения интенсивности магнитного поля в тридцать раз на биосферу. Подобное изменение могло увеличить уровень естественного радиационного фона почти вдвое. Возможно, скорость мутаций или формирование новых видов в таких условиях значительно ускорились. Однако для точного определения масштаба необходимо проведение дополнительных исследований.