زوال میدان مغناطیسی زمین چگونه به تکامل حیات کمک کرد؟

دوره‌ی ادیاکاران که بازه‌ی زمانی بین ۶۳۵ میلیون تا ۵۴۱ میلیون سال پیش را در برمی‌گیرد، دورانی مهم در تاریخ زمین به شمار می‌رود. این دوره سرآغاز عصری انقلابی بود که طی آن، موجودات زنده‌ی چندسلولی و پیچیده ظهور و زمینه برای انفجار حیات فراهم کردند؛ اما چگونه این موج حیات گسترش یافت و چه عواملی بر آن تأثیر گذاشتند؟

پژوهشگران دانشگاه روچستر شواهد قانع‌کننده‌ای را کشف کرده‌اند که بر اساس آن‌ها، میدان مغناطیسی زمین درست زمانی که حیوانات بزرگ دوره‌ی ادیاکاران شکوفا می‌شدند، در وضعیتی نامتعارف قرار داشت. مطالعه‌ی جدید این پرسش را مطرح می‌کند که آیا نوسان‌ها در میدان مغناطیسی زمین باستانی به تغییر در سطح اکسیژن که عامل حیاتی برای شکل‌گیری حیات در میلیون‌ها سال پیش بود، منجر شد؟

جان تاردونو و ویلیام کنان، اساتید دانشکده‌ی علوم محیطی و زمین می‌گویند یکی از شاخص‌ترین شکل‌های حیات در طول دوره‌ی ادیاکاران، حیات جانوری آن بود. طول برخی از این حیوانات احتمالاً به بیش از یک متر می‌رسید و متحرک بودند. این مسئله نشان می‌دهد که در مقایسه با شکل‌های آغازین‌تر حیات نیاز به اکسیژن بیشتر بود. تاردونو می‌گوید:

فرضیه‌های قبلی مربوط به ظهور جانوران ادیاکاران شامل عوامل محرک زیست‌بومی یا ژنتیکی بودند، اما زمان‌بندی نزدیک با میدان ژئومغناطیسی بسیار ضعیف ما را بر این داشت که در مشکلات محیطی و به‌ویژه در اکسیژنی‌شدن اقیانوس‌ها و جو بازنگری کنیم.

حدود ۲۹۰۰ کیلومتری عمق زمین، آهن مایع در هسته‌ی خارجی سیاره‌مان در تلاطم است و باعث ایجاد میدان مغناطیسی محافظ زمین می‌شود.

اگرچه میدان مغناطیسی نامرئی است، یکی از ارکان ضروری حیات روی زمین به شمار می‌رود، زیرا از سیاره‌مان در برابر بادهای خورشیدی یا جریان‌های ذرات باردار ساطع‌شده از خورشید محافظت می‌کند؛ اما میدان مغناطیسی زمین همیشه به اندازه‌ی امروز قوی نبوده است.

پژوهشگرها نشان داده‌اند که یک میدان مغناطیسی بسیار ضعیف احتمالاً در ظهور حیات جانوری نقش داشته؛ بااین‌حال بررسی این ارتباط به دلیل داده‌های محدودی که درباره‌ی قدرت میدان مغناطیسی دوره‌ی ادیاکاران داریم، دشوار است.

تاردونو و گروهش از استراتژی‌ها و تکنیک‌های نوآورانه برای بررسی قدرت میدان مغناطیسی استفاده کردند. آن‌ها به بررسی خاصیت مغناطیسی محبوس در کریستال‌های فلدسپار و پریوکسین از سنگ آنورتوزیت پرداختند. این کریستال‌ها دارای ذرات مغناطیسی هستند که خواص مغناطیسی زمان شکل‌گیری این مواد معدنی را در خود حفظ کرده‌اند. پژوهشگرها با تاریخ‌گذاری این سنگ‌ها می‌توانند به سیر زمانی رشد میدان مغناطیسی زمین برسند

پژوهشگرها با استفاده از جدیدترین ابزار مثل لیزر CO2 و مغناطیس‌سنج دستگاه ابررسانی تداخلی کوانتومی (SQUID)، کریستال‌ها و خاصیت مغناطیسی درون آن‌ها را به دقت تجزیه‌وتحلیل کردند.

داده‌ها نشان می‌دهند میدان مغناطیسی زمین در طول دوره‌ی ادیاکاران، ضعیف‌ترین میدان مغناطیسی شناخته‌شده بود؛ به گونه‌ای که ۳۰ درصد از شرایط کنونی ضعیف‌تر بود و این میدان فوق‌ضعیف حداقل تا ۲۶ میلیون سال ادامه داشت.

میدان مغناطیسی ضعیف باعث می‌شود ذرات باردار خروشید آسان‌تر اتم‌های سبک‌وزنی مثل هیدروژن را از جو زمین حذف کنند و باعث گریز آن‌ها به فضا شوند. اگر اتلاف هیدروژنی چشمگیر باشد، اکسیژن بیشتری در جو باقی می‌ماند، زیرا هیدروژن اندکی برای واکنش و تشکیل بخار آب وجود دارد. این واکنش‌ها به انباشته‌سازی اکسیژن در طول زمان انجامیدند.

پژوهش‌های تاردونو و گروهش نشان می‌دهند در طور دوره‌ی ادیاکاران، میدان مغناطیسی فوق ضعیف به اتلاف هیدروژن در بازه‌ی حداقل ده میلیون سال منجر شده است. این اتلاف هیدروژنی احتمالاً عامل افزایش اکسیژنی‌شدن جو و اقیانوس کم عمق بوده است و به این ترتیب اولین شکل‌های حیات پیشرفته ظهور کردند.

تاردونو و گروه پژوهشی او قبلا به بازیابی میدان‌ ژئومغناطیسی در طول دوره‌ی کامبرین پی برده بودند. در آن زمان اغلب گروه‌های جانوری در سوابق فسیلی ظاهر شدند و احیای میدان مغناطیسی محافظ عاملی برای شکوفایی حیات بود. به گفته‌ی تاردونو:

اگر میدان مغناطیسی ضعیف پس از ادیاکاران باقی می‌ماند، زمین ظاهری متفاوت با سیاره‌ی آبی کنونی داشت؛ در نهایت اتلاف آب به‌تدریج باعث خشک شدن زمین می‌شد.

پژوهش اخیر نشان می‌دهد که درک فضای داخلی سیاره‌ زمین برای جست‌وجوی حیات فرازمینی نیز اهمیت دارد. تاردونو می‌گوید: «جالب است که فرایندهای موجود در هسته را می‌توان در نهایت به تکامل مرتبط دانست. وقتی درباره‌ی احتمال حیات در نقاط دیگر فکر می‌کنیم، همچنین باید در نظر بگیریم که چگونه فضای داخلی سیاره‌ها شکل‌ گرفته و گسترش پیدا می‌کند.»