Een nieuwe studie, geleid door de Universiteit van Oxford en MIT, heeft een 3,7 miljard jaar oud record van het magnetische veld van de aarde teruggevonden en ontdekt dat dit opmerkelijk veel lijkt op het veld dat de aarde vandaag de dag omringt. De bevindingen zijn gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research .

Zonder zijn magnetisch veld zou het leven op aarde niet mogelijk zijn, omdat dit ons beschermt tegen schadelijke kosmische straling en geladen deeltjes die door de zon worden uitgezonden (de 'zonnewind'). Maar tot nu toe is er geen betrouwbare datum geweest voor het ontstaan ​​van het moderne magnetische veld.

In het onderzoek onderzochten de onderzoekers een oude reeks ijzerhoudende rotsen uit Isua, Groenland. IJzerdeeltjes fungeren effectief als kleine magneten die zowel de sterkte als de richting van het magnetische veld kunnen registreren wanneer het kristallisatieproces ze op hun plaats vergrendelt. De onderzoekers ontdekten dat gesteenten van 3,7 miljard jaar geleden een magnetische veldsterkte van minstens 15 microtesla hadden, vergelijkbaar met het moderne magnetische veld (30 microtesla).

Deze resultaten bieden de oudste schatting van de sterkte van het magnetisch veld van de aarde, afgeleid van hele gesteentemonsters, die een nauwkeuriger en betrouwbaarder oordeel opleveren dan eerdere onderzoeken waarbij individuele kristallen werden gebruikt.

Hoofdonderzoeker Professor Claire Nichols (Departement Aardwetenschappen, Universiteit van Oxford) zei:"Het extraheren van betrouwbare gegevens uit dit oude gesteente is buitengewoon uitdagend, en het was echt opwindend om te zien hoe primaire magnetische signalen naar voren kwamen toen we deze monsters in het laboratorium analyseerden. Dit is een heel belangrijke stap voorwaarts als we proberen de rol van het oude magnetische veld te bepalen toen het leven op aarde voor het eerst ontstond."

Hoewel de magnetische veldsterkte relatief constant lijkt te zijn gebleven, is het bekend dat de zonnewind in het verleden aanzienlijk sterker was. Dit suggereert dat de bescherming van het aardoppervlak tegen de zonnewind in de loop van de tijd is toegenomen, waardoor het leven zich mogelijk naar de continenten heeft kunnen verplaatsen en de bescherming van de oceanen heeft verlaten.

Het magnetische veld van de aarde wordt gegenereerd door het mengen van het gesmolten ijzer in de vloeibare buitenkern, aangedreven door opwaartse krachten terwijl de binnenkern stolt, waardoor een dynamo ontstaat. Tijdens de vroege vorming van de aarde had de vaste kern zich nog niet gevormd, waardoor er open vragen bleven over hoe het vroege magnetische veld in stand werd gehouden.

Deze nieuwe resultaten suggereren dat het mechanisme dat de vroege dynamo van de aarde aandreef even efficiënt was als het stollingsproces dat vandaag de dag het magnetische veld van de aarde genereert.

Begrijpen hoe de magnetische veldsterkte van de aarde in de loop van de tijd varieert, is ook van cruciaal belang om te bepalen wanneer de innerlijke, vaste kern van de aarde zich begon te vormen. Dit zal ons helpen begrijpen hoe snel warmte ontsnapt uit het diepe binnenland van de aarde, wat essentieel is voor het begrijpen van processen zoals platentektoniek.

Een belangrijke uitdaging bij het reconstrueren van het magnetische veld van de aarde zo ver terug in de tijd is dat elke gebeurtenis die het gesteente verhit, bewaarde signalen kan veranderen. Rotsen in de aardkorst hebben vaak een lange en complexe geologische geschiedenis die eerdere informatie over het magnetische veld uitwist.

De Isua Supracrustal Belt heeft echter een unieke geologie, die bovenop een dikke continentale korst ligt die hem beschermt tegen uitgebreide tektonische activiteit en vervorming. Hierdoor konden de onderzoekers een duidelijke hoeveelheid bewijs verzamelen ter ondersteuning van het bestaan ​​van het magnetische veld 3,7 miljard jaar geleden.

De resultaten kunnen ook nieuwe inzichten verschaffen in de rol van ons magnetisch veld bij het vormgeven van de ontwikkeling van de atmosfeer van de aarde zoals wij die kennen, met name wat betreft het ontsnappen van gassen in de atmosfeer.

Een momenteel onverklaard fenomeen is het verlies van het niet-reactieve gas xenon uit onze atmosfeer, meer dan 2,5 miljard jaar geleden. Xenon is relatief zwaar en daarom is het onwaarschijnlijk dat het zomaar uit onze atmosfeer is verdwenen. Onlangs zijn wetenschappers begonnen met het onderzoeken van de mogelijkheid dat geladen xenondeeltjes door het magnetische veld uit de atmosfeer zijn verwijderd.

In de toekomst hopen onderzoekers onze kennis van het magnetische veld van de aarde vóór de opkomst van zuurstof in de atmosfeer van de aarde, ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, uit te breiden door andere oude rotssequenties in Canada, Australië en Zuid-Afrika te onderzoeken.

Een beter begrip van de eeuwenoude sterkte en variabiliteit van het aardmagnetisch veld zal ons helpen bepalen of planetaire magnetische velden van cruciaal belang zijn voor het herbergen van leven op een planetair oppervlak en hun rol in de evolutie van de atmosfeer.

Meer informatie: Mogelijke Eoarcheïsche gegevens van het geomagnetische veld bewaard in de Isua Supracrustal Belt, zuidwestelijk Groenland, Journal of Geophysical Research Solid Earth (2024). DOI:10.1029/2023JB027706

Aangeboden door Universiteit van Oxford