Более полумиллиарда лет назад магнитное поле Земли по неизвестной причине ослабело в десятки раз и оставалось таким десятки миллионов лет.
© University of Rochester, John Tarduno
Международная группа ученых проанализировала образцы минералов из группы плагиоклазов, найденных в Бразилии, возрастом примерно 560-590 миллионов лет (перед кембрийским взрывом биоразнообразия). Сравнив их с аналогичными минералами других эпох, исследователи пришли к неожиданному выводу: в ту эпоху магнитное поле Земли было намного слабее, чем сегодня. Это, по мнению авторов работы, должно было серьезно повлиять на земную жизнь. Статья об этом опубликована в Communications Earth & Environment.
На современной Земле примерно половина всей радиации блокируется магнитным полем, а остальная половина поглощается атмосферой. Это не значит, что магнитное поле абсолютно необходимо для земной жизни или наличия плотной атмосферы: скажем, на Титане, спутнике Сатурна, атмосфера вчетверо плотнее земной и за счет этого радиация на поверхности куда слабее, чем на поверхности Земли. И все же в условиях именно земной атмосферы без магнитного поля уровень естественного радиационного фона на нашей планете был бы примерно вдвое выше.
В этот раз ученые сравнивали параметры магнетизации кристаллов плагиоклазов возрастом от 591 до 565 миллионов лет. Сравнив их с аналогичными минералами из других эпох, авторы исследования пришли к выводу, что на протяжении этих 26 миллионов лет земное магнитное поле было в среднем в 30 раз слабее, чем в наши дни. Исходя из этого они выдвинули достаточно экзотичную гипотезу: слабое магнитное поле могло привести к насыщению земной атмосферы кислородом, что способствовало образованию крупных многоклеточных животных эдиакарской фауны.
Конкретный механизм такого насыщения, по мнению ученых, сравнительно прост: водяной пар, присутствующий в атмосфере Земли, при ослабленном магнитном поле будет эффективнее расщепляться на кислород и водород. Первый легко улетучивается в космос, второй же, по мысли авторов научной работы, оставался на планете, заметно поднимая концентрацию кислорода здесь.
Ученые видят подтверждение своей гипотезы в резком скачке количества крупных многоклеточных в палеонтологической летописи между 575 и 565 миллионами лет назад. Как отметили исследователи, хотя мелкие аэробные организмы могут существовать даже при концентрации кислорода в сотню-другую раз ниже, чем сегодня, крупные многоклеточные в таких условиях будут серьезно страдать от дефицита кислорода. Особенно значительного из-за водного характера тогдашней жизни и того факта, что растворимость газов в воде той довольно теплой эпохи должна была быть ниже, чем сегодня.
Сам факт обнаружения резкого падения силы магнитного поля Земли на целых 26 миллионов лет весьма значим. До сих пор у науки вообще не было понимания того, что у планет может быть столь длительное обратимое ослабление магнитного поля. Пока неясны теоретические механизмы, способные объяснить это событие. Если бы что-то подобное наблюдалось в наши дни, северные сияния систематически происходили даже на экваторе.
Но вот предположение о влиянии падения силы магнитного поля на первый взрыв биоразнообразия в истории Земли вызывает некоторые вопросы. Почему это случилось лишь примерно 575 миллионов лет назад, а не сразу после падения магнитного поля 591 миллион лет назад? Чего ждала биосфера 16 миллионов лет?
Неясно и то, каким образом расщепление водяного пара в стратосфере могло серьезно повысить концентрацию кислорода у поверхности Земли. Дело в том, что в норме стратосфера на нашей планете очень сухая: там крайне мало водяного пара. Возможно, поэтому ученые не привели расчетов того, какое количество кислорода могло образоваться за 26 миллионов лет слабого магнитного поля по предложенному ими механизму. Без таких расчетов гипотеза остается лишенной определенных количественных оснований.
В то же время нельзя исключать, что падение силы магнитного поля в 30 раз все же повлияло на биосферу. Теоретически это повышало уровень природного радиационного фона почти вдвое. Не исключено, что скорость мутаций или образования новых видов в подобных условиях существенно возросла. Но, чтобы понять насколько именно, нужны дополнительные исследования.
Комментарии
Вообще непонятно, как солнечная радиация влияет на биоту, если вся биота морская и находится на глубине десятков метров. Такой слой воды защитит от солнечных протонов и электронов.
Николай, вторичные ливни частиц в атмосфере, плюс значительная часть организмов не дальше метра от поверхности. Но вопросов все равно пока больше, чем ответов.
Александр, вторичные ливни это для частиц высоких энергий из космических лучей, от них магнитосфера не защищает. А не дальше метра от поверхности вопрос, какая именно часть биоты. Не думаю что преобладающая. Размолотит волнами эту мягкотелую эдиакарскую живность.
Николай, так то верхняя сублиторальная зона самая богатая по биомассе и биоразнообразию в океане, во всяком случае сейчас, и не думаю, что принцип актуализма сильно подведет нас в случае с вендским временем ))
Alexey, принцип актуализации вещь священная, с ним не спорю. ) но по сохранности остатков не сублитораль в зоне максимума тафономической кривой сохранения - её максимум приходится на бОльшие глубины, нежели на урез воды. Не думаю, чтобы всё эти мягкие тела и следы ползания сохранились на литоральной зоне. Хотя конечно всяко бывает, и мелкая волноприбойная рябь на песке сохраняется - у меня есть как раз её образцы верхнего протерозоя, описываемых выше времён.
Николай, я где-то видел распределение вторичных ливней, и там протонов не так мало, и далеко не все даже ультравысоких энергий. Но вы правы в том смысле, что от ГКЛ должно быть больше ливней.
Если судить по современным океаном, то в верхних метрах воды однозначно намного больше биомассы, чем ниже. Более сложный вопрос именно с верхним метром: его в прошлом не пощупаешь, да.
Александр, мы, помнится, гранату от нечего делать бросали на глубину примерно 1 метр, РГДшку. Так с глубины метра от неё даже осколки не вылетали). Я так, тему поддержать. Гипотезы штука интересная, но их оценки это всегда упрощённые рассуждения. По идее, увеличение радиации физической должно приводить к радиации биологической, если есть свободные ниши. Но механизмы сложны, и всё не так однозначно. Концентрация кислорода тоже оценивается по осадочным породам, есть методы; пусть и они покажут правоту этих бравых парней, говорящих о накислороживании атмосферы из стратосферы.