埃迪卡拉纪距今⼤约6.35亿年⾄5.41亿年,是地球历史上的⼀段关键时期,因为它标志着⼀个变⾰性的时代。埃迪卡拉纪早期,地球上只有⼀些⼩型软体⽣物。然⽽,在距今5.75亿年到5.65亿年间,化⽯记录显示,⽣命形式明显变得更⼤、更复杂,也更机动了,这为⽣命⼤爆发奠定了基础。
但是,⼀直困扰科学家的问题是,⽣命的⼤量出现究竟是如何发⽣的?哪些因素可能促成了这样的结果?近⽇,⼀组研究⼈员发现了证据表明,正当埃迪卡拉纪的宏观动物变得更加多样并蓬勃发展的时候,地球磁场也恰好处于⼀种极不寻常的状态。这⼀发现提出了另⼀种可能性,也许地球深处发⽣的过程,与地球表⾯的⽣命发展之间存在着重要联系。
在我们脚下约3000千⽶的深处,液态铁在地球外核中翻滚,这种运动形成了地球的保护磁场。虽然我们看不⻅磁场,但它对地球上的⽣命⾄关重要,因为它能使地球免受太阳⻛,也就是来⾃太阳的辐射流的影响。但地球的磁场并不总是像现在这么强。在这项新研究中,团队在巴⻄找到了⼤约5.91亿年前斜⻓岩,其中的古⽼⻓⽯和辉⽯晶体中锁定着磁性,可以⽤来研究磁场强度。
研究⼈员利⽤⼆氧化碳激光器和实验室的超导量⼦⼲涉装置(SQUID)磁⼒计等先进的⼯具,精确分析了晶体及其内部锁定的磁性。他们的数据表明,埃迪卡拉时期的地球磁场是⽬前已知的有史以来最弱的,只有如今强度的三⼗分之⼀。⽽且这种超低磁场的强度⾄少持续了2600万年。他们注意到,超低地磁场出现的时间点和埃迪卡拉纪动物⽣命兴起的时间点⾮常接近。
这让研究⼈员开始重新审视⽣命发展的环境因素,特别是⼤⽓和海洋的含氧量。
也许,异常低的磁场是动物⽣命兴起的原因之⼀。弱磁场会让来⾃太阳的带电粒⼦更容易从⼤⽓中剥离氢等较轻的原⼦,这些原⼦便会逃逸到太空中。如果氢⼤量流失,⼤⽓中可能会残留更多的氧⽓,⽽不是与氢反应形成⽔蒸⽓。随着时间的推移,这些反应会导致氧⽓堆积。他们认为,超弱磁场⾄少在数千万年间造成了氢流失,这种流失可能导致⼤⽓和表层海洋的含氧量增加,使更⾼级的⽣命形式得以出现。
团队此前已经注意到,在之后的寒武纪时期(约5.388亿年前⾄4.854亿年前),地磁场的强度有所回弹。此时,能够带来保护的磁场重新建⽴了起来,保障了⽣命的繁衍。这⼀时期的⼤多动物群也开始出现在化⽯记录中。⽽如果埃迪卡拉纪之后磁场依然如此微弱,那么地球可能会是截然不同的局⾯。
这项研究证明了,地球古磁场的波动导致了⼤⽓氧含量的变化,⽽这种变化可能对数百万年前⽣命形式的繁衍⾄关重要。
研究⼈员说,他们需要更多数据,研究关于整个埃迪卡拉纪以及成冰纪(7.2亿年前⾄6.35亿年前)和寒武纪地磁场强度的记录,以便更准确地确定超低磁场持续的时间。虽然想要确认这种地球深处与地表的联系,还需要更多证据⽀持。但这项研究提示了我们,了解⾏星内部或许对于思考地球以外的⽣命潜⼒⾄关重要。地球内核的过程可能与⽣物进化息息相关。当思考其他地⽅存在⽣命的可能性时,也要考虑⾏星内部是如何形成并发展的。