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地球，是宇宙中人類已知唯一存在生命的天體(ti) ，堪稱宇宙中最大的奇跡之一。

但是，在幾億(yi) 年前，地球經曆了一次可能是毀滅性的災難——磁場差點消失了，隻剩下了可憐的 10%。

要知道，火星之所以沒有生命的存在，一個(ge) 重要的原因就是火星的磁場“真真正正”地消失了，無法免受太陽風的直接打擊。

來自羅切斯特大學（University of Rochester）科學家及其合作者的最新研究顯示，地球的磁場在 5.5 億(yi) 年前神秘地開始恢複，使得地球避免了如同火星的命運。

相關(guan) 研究論文以“Early Cambrian renewal of the geodynamo and the origin of inner core structure”為(wei) 題，已發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

是什麽(me) 導致磁場反彈？

在我們(men) 腳下大約 1800 英裏的地方，地球外核旋轉的液態鐵產(chan) 生了地球的保護磁場。這個(ge) 磁場是看不見的，但對地球表麵的生命至關(guan) 重要，因為(wei) 它保護地球不受太陽輻射的太陽風的影響。

然而，大約在 5.65 億(yi) 年前，磁場強度下降到今天的 10%。

幸運的是，磁場又神秘地“反彈”了回來，在地球上多細胞生物的寒武紀大爆發之前恢複了強度。
這種“反彈”發生在幾千萬(wan) 年間——在地質時間尺度上是非常快速的——並且與(yu) 地球固體(ti) 內(nei) 核的形成相吻合，這表明內(nei) 核可能是一個(ge) 直接原因。

圖｜地球的內(nei) 部結構（來源：維基百科）

羅徹斯特大學地球與(yu) 環境科學係地球物理學教授、藝術、科學與(yu) 工程學院院長 John Tarduno 說：“內(nei) 核非常重要。”“就在內(nei) 核開始增長之前，磁場處於(yu) 崩潰的狀態，但一旦內(nei) 核開始增長，磁場就會(hui) 重新生成。”

研究人員確定了內(nei) 核曆史的幾個(ge) 關(guan) 鍵日期，包括對其年齡的更精確估計。這項研究提供了有關(guan) 地球的曆史和未來演化、地球如何成為(wei) 宜居行星以及太陽係其他行星演化的線索。

羅徹斯特大學的研究人員利用古地磁確定了地核曆史上的這兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵日期，他們(men) 認為(wei) 地核恢複了地球上生命爆發前的磁場。

解碼古代岩石中的信息

地球是太陽係中由內(nei) 及外的第三顆行星，主體(ti) 包括岩石圈、地幔、熔融態金屬的外地核以及固態金屬的內(nei) 地核，並擁有由外地核產(chan) 生的地磁場。

圖｜太陽係（來源：維基百科）

由於(yu) 磁場與(yu) 地核的關(guan) 係，科學家們(men) 幾十年來一直試圖確定地球磁場和地核在整個(ge) 地球曆史上是如何變化的。由於(yu) 地核中物質的位置和極端溫度，他們(men) 無法直接測量磁場。

幸運的是，被移動到地球表麵的礦物含有微小的磁顆粒，這些磁顆粒在礦物從(cong) 熔融狀態冷卻時鎖定了磁場的方向和強度。

為(wei) 了更好地搞清楚內(nei) 核的年齡和生長，研究團隊使用二氧化碳激光器和實驗室的超導量子幹涉裝置（SQUID）磁強計來分析岩石斜長岩中的長石晶體(ti) 。這些晶體(ti) 內(nei) 部有微小的磁針，是完美的磁記錄器。

通過研究晶體(ti) 中鎖住的磁場（即古地磁），研究人員確定了地核曆史上兩(liang) 個(ge) 新的重要日期：

1. 5.5 億(yi) 年前：在此之前的 1500 萬(wan) 年前，地球磁場幾乎崩潰，此時開始快速更新。研究人員將磁場的快速更新歸因於(yu) 固體(ti) 內(nei) 核的形成，內(nei) 核為(wei) 熔融的外核充電，並恢複了磁場的強度。

2. 4.5 億(yi) 年前：生長中的內(nei) 核結構發生變化，最內(nei) 部和最外部內(nei) 核之間的邊界形成。由於(yu) 地表的板塊構造，這些內(nei) 核的變化與(yu) 上覆地幔結構的變化幾乎發生在同一時間。

圖｜沒有地核；大約在 5.5 億(yi) 年前，內(nei) 核開始生長；大約在 4.5 億(yi) 年前，最外層和最內(nei) 部內(nei) 核邊界形成。

“因為(wei) 我們(men) 更精確地圈定了內(nei) 核的年齡，我們(men) 可以探索現在的內(nei) 核實際上是由兩(liang) 部分組成的事實。”“地球表麵的板塊構造運動間接地影響了地核，而這些運動的曆史也深深印在了地核的結構中。” Tarduno 說。

避免類似火星的命運

更好地理解內(nei) 核和磁場的動態和增長具有重要的意義(yi) ，不僅(jin) 可以揭示地球的過去和預測它的未來，而且也可以揭示其他行星可能形成磁場並維持生命所需條件的方式。

研究人員認為(wei) ，以火星為(wei) 例，火星曾經就有一個(ge) 磁場，但後來消失了，使得火星很容易受到太陽風的影響，導致火星表麵沒有海洋。

雖然還不清楚沒有磁場是否會(hui) 導致地球遭遇同樣的命運，但研究人員表示，“如果地球的磁場沒有再生，地球肯定會(hui) 失去更多的水。”“地球會(hui) 比現在幹燥得多，會(hui) 非常不同。”

就行星演化而言，這項研究強調了磁場的重要性以及維持磁場的機製。

“這項研究確實強調了需要有一個(ge) 像不斷增長的內(nei) 核這樣的東(dong) 西，在行星的整個(ge) 生命周期（幾十億(yi) 年）中維持磁場。” Tarduno 說。

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