大约5.9亿年前,地球磁场几乎崩溃,可能使地球表面的生命面临宇宙辐射增加的风险。

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根据新的研究,磁屏蔽的暂时减弱可能不是一场生物灾难。事实上,它可能提高了氧气水平,为早期生命的开花创造了主要条件。
罗切斯特大学地球科学家黄文涛及其同事在他们的新论文中写道:“当埃迪卡拉动物群的宏观动物多样化并繁衍生息时,地球磁场处于一种极不寻常的状态。”。
2019年,研究加拿大岩石磁特征的科学家报告称,这些样本表明地球磁场减弱到已知的最低水平,约565?一百万?年前,在埃迪卡拉纪,多细胞生命正在形成。
然而,长期以来人们一直认为,极小的磁场会对新兴生命有害,因为地球的磁场保护生命免受太阳风的影响。
然而,并不是所有人都同意这种灾难性的观点。早在1965年,行星科学家卡尔·萨根就认为,即使地球磁场减弱,地球的大气层和海洋也可以作为早期生命形式的保护毯。这得到了2019年建模研究的支持。
但是,正如黄和他的同事所说,磁场的同时减弱、埃迪卡拉纪生命的繁荣和氧气水平的上升之间的任何联系都是“诱人但不清楚的”。加拿大的结果可能是一个例外。
于是,黄和同事们开始挖掘。他们从南非挖出了数十亿年前形成的火成岩,并研究了其中的晶体和其他5.91亿年前从巴西取样的岩石。这些晶体含有微小的磁性矿物,在形成时可以保持地球磁场的强度。
20多亿年前,在古元古代中期,地球磁场很强。研究人员发现,大约15亿年后,它降到了最低点,比今天弱了大约30倍。
黄及其同事将他们的结果与2019年加拿大研究的结果相结合,得出结论,这种低磁场(称为超低时间平均场强,简称UL-TAFI)至少持续了2600万年,从5.91亿年前到5.65亿年前。
巧合的是,这一间隔与5.75亿至5.65亿年前埃迪卡拉纪晚期大气和海洋氧气水平的激增重叠,当时生物多样性也发生了爆炸。
黄及其同事写道:“新数据证实并扩展了UL-TAFI,这加强了与宏观动物埃迪卡拉纪进化的潜在联系。”。
但仍然存在一个问题,即超弱磁场如何导致氧气水平升高。在模拟太阳风的演化过程中,黄和他的同事们认为,磁场的减弱可能使更多的氢离子从地球大气层逃逸到太空,这可能导致海洋和天空中的氧气水平升高,进而支持埃迪卡拉纪生命的多样化。
大约5.4亿年前,埃迪卡拉纪结束的时间令人惊讶——通常是寒武纪的爆发,它被认为是进化的爆发,产生了复杂的生命,成为了我们今天看到的动物和昆虫。
相比之下,埃迪卡拉纪以其黏糊糊的生物而闻名,这些生物看起来像原始的海绵、蛞蝓和海葵。这是一个伟大的进化实验时期,导致了许多死胡同,在寒武纪生命反弹之前,生物多样性急剧下降。
然而,最近的研究表明,第一个复杂的生态系统可能实际上是在埃迪卡拉纪形成的,2022年的一项研究描述了埃迪卡拉纪晚期化石中越来越复杂的群落结构。
但生命需要氧气才能变得更大、更复杂。微小的海洋动物和海绵可以在低氧海洋中生存,但体型较大、活动性强、身体计划复杂的动物需要更多的氧气来支持它们的代谢需求。
黄及其同事解释道:“一个涉及长食物链和捕食者的复杂动物生态系统需要更多的氧气,这表明这种复杂的生态系统被排除在现代氧气最低区之外。”。
似乎埃迪卡拉纪的生命抓住了地球磁场消退的时机,即使其中许多生物注定会陷入进化的死胡同。