كيف بدأ نبض مغناطيسي خافت التطور قبل 600 مليون سنة

تشير الدلائل إلى أن المجال المغناطيسي الضعيف منذ ملايين السنين ربما يكون قد أدى إلى تكاثر الحياة.

كانت فترة الإدياكارا، منذ حوالي 635 إلى 541 مليون سنة، فترة مهمة في تاريخ الأرض. لقد كان بمثابة حقبة تحولية ظهرت خلالها كائنات معقدة ومتعددة الخلايا، مما مهد الطريق لانفجار الحياة.

ولكن كيف ظهر ظهور الحياة هذا وما هي العوامل الموجودة على الأرض التي ربما ساهمت في حدوثه؟

اكتشف باحثون من جامعة روتشستر أدلة على أن المجال المغناطيسي للأرض كان في حالة غير عادية للغاية عندما تنوعت الحيوانات المجهرية وازدهرت خلال فترة الإدياكارا. ونشرت دراستهم طبيعة جهات الاتصال الأرض والبيئةوهذا يثير التساؤل حول ما إذا كانت هذه التقلبات في المجال المغناطيسي القديم للأرض قد أدت إلى تغيرات في مستويات الأكسجين التي كانت حاسمة لتكاثر أشكال الحياة منذ ملايين السنين.

ودرس باحثون من جامعة روتشستر المجال المغناطيسي المتغير للأرض خلال العصر الإدياكاري، الذي استمر من حوالي 635 إلى 541 مليون سنة مضت. يثير البحث تساؤلات حول العوامل التي أدت إلى ظهور كائنات معقدة ومتعددة الخلايا، مثل حيوانات العصر الإدياكاري، والتي تتميز بتشابهها مع الرئيسيات المبكرة. الائتمان: جامعة روتشستر التوضيح / مايكل أوساتسيف

وفقًا لوليام كينان جون تارتونو الابن، الأستاذ في قسم علوم الأرض والبيئة، فإن أحد أهم أشكال الحياة خلال العصر الإدياكاري كانت حيوانات الإدياكارا. وهي معروفة بتشابهها مع الحيوانات المبكرة، حيث يصل حجم بعضها إلى أكثر من متر (ثلاثة أقدام) وكانت متحركة، مما يشير إلى حاجة أكبر للأكسجين مقارنة بأشكال الحياة السابقة.

يقول تارتونو: “كانت الأفكار السابقة حول أصل حيوانات العصر الإدياكاري المذهلة تتضمن عوامل دافعة وراثية أو بيئية، لكن الوقت القريب الذي كان فيه المجال المغناطيسي الأرضي منخفضًا جدًا دفع إلى إعادة النظر في القضايا البيئية، وخاصة أكسجين الغلاف الجوي والمحيطات”. وهو أيضًا عميد الأبحاث في كلية الآداب والعلوم وكلية الهندسة والعلوم التطبيقية.

أسرار الأرض المغناطيسية

على بعد حوالي 1800 ميل تحتنا، تتشكل طبقة من الحديد السائل في اللب الخارجي للأرض، مما يخلق المجال المغناطيسي الواقي للكوكب. على الرغم من أن المجال المغناطيسي غير مرئي، إلا أنه ضروري للحياة على الأرض لأنه يحمي الكوكب من الرياح الشمسية – تيارات الإشعاع القادمة من الشمس. لكن المجال المغناطيسي للأرض لم يكن دائما قويا كما هو اليوم.

اقترح الباحثون أن المجال المغناطيسي المنخفض بشكل غير عادي ربما ساهم في ظهور الحياة الحيوانية. ومع ذلك، فإن التحقيق في الارتباط يمثل تحديًا بسبب محدودية البيانات حول شدة المجال المغناطيسي في هذا الوقت.

المظهر الأحفوري لديكنسونيا، وهو مثال لحيوانات العصر الإدياكاري الموجودة في أستراليا الحالية. الائتمان: شوهاي شياو، جامعة فرجينيا للتكنولوجيا

استخدم تاردونو وفريقه تقنيات وتقنيات مبتكرة لدراسة قوة المجال المغناطيسي وحجز بلورات الفلسبار والبيروكسين القديمة من صخرة الأنورثوسيت. تحتوي البلورات على جزيئات مغناطيسية تحافظ على المغنطة منذ تشكل المعادن. ومن خلال تأريخ الصخور، يمكن للباحثين إنشاء جدول زمني لتطور المجال المغناطيسي للأرض.

تطوير أدوات متطورة بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون₂ مقياس المغناطيسية بجهاز التداخل الكمي فائق التوصيل بالليزر والمختبر، وبلورات المجموعة الدقيقة، وتحليل المغناطيسية المقفلة.

مجال مغناطيسي ضعيف

تشير بياناتهم إلى أنه في مرحلة ما خلال العصر الإدياكاري، كان المجال المغناطيسي للأرض هو الأضعف المعروف حتى الآن، أي أضعف بنحو 30 مرة من المجال المغناطيسي اليوم، وأن أدنى شدة للمجال المغناطيسي استمرت لمدة 26 مليون سنة على الأقل.

يسهل المجال المغناطيسي الضعيف على الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس طرد الذرات الخفيفة مثل الهيدروجين من الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى هروبها إلى الفضاء. إذا كان فقدان الهيدروجين كبيرًا، فسيبقى المزيد من الأكسجين في الغلاف الجوي بدلاً من التفاعل مع الهيدروجين لتكوين بخار الماء. تؤدي هذه التفاعلات إلى توليد الأكسجين مع مرور الوقت.

عينة متحجرة من حيوانات العصر الإدياكاري، Fructofusus، الموجودة في نيوفاوندلاند اليوم، قريبة من حجم بنس كندي. الائتمان: شوهاي شياو، جامعة فرجينيا للتكنولوجيا

تشير الأبحاث التي أجراها داردونو وفريقه إلى أنه خلال العصر الإدياكاري، تسبب المجال المغناطيسي الضعيف للغاية في فقدان الهيدروجين على مدى عشرة ملايين سنة على الأقل. وربما أدت هذه الخسارة إلى زيادة الأوكسجين في الغلاف الجوي وسطح المحيط، مما مكن من ظهور أشكال حياة أكثر تقدما.

وتوصل تارتونو وفريقه البحثي في ​​السابق إلى أن المجال المغناطيسي للأرض استعاد قوته خلال العصر الكامبري، عندما بدأت معظم المجموعات الحيوانية في الظهور في السجل الأحفوري، وتم إعادة إنشاء مجال مغناطيسي وقائي، مما سمح للحياة بالازدهار.

يقول تاردونو: “لو كان هناك مجال ضعيف بشكل غير طبيعي بعد العصر الإدياكاري، لربما بدت الأرض مختلفة تمامًا عن الكوكب المائي الذي هي عليه اليوم: ربما يكون فقدان الماء قد أدى إلى جفاف الأرض تدريجيًا”.

الديناميكيات الأساسية والتطور

يشير هذا العمل إلى أن فهم الأجزاء الداخلية للكواكب أمر بالغ الأهمية للتفكير في إمكانية وجود حياة خارج الأرض.

يقول تاردونو: “من المذهل الاعتقاد بأن العمليات التي تحدث في قلب الأرض يمكن أن ترتبط في النهاية بالتطور”. “عندما نفكر في إمكانية الحياة في مكان آخر، نحتاج أيضًا إلى التفكير في كيفية تشكل وتطور التصميمات الداخلية للكواكب”.

لمزيد من المعلومات حول هذا البحث، راجع كيف شجع المجال المغناطيسي الخافت للأرض على ظهور الحياة المعقدة

المرجع: وينتاو هوانغ، جون أ. تارتونو، دينغونغ تشو، موريسيو إيبانيز-ميخيا، لارسيو دال أولمو-باربوزا، إدينيبوزا، إدينيبوزا، ربما يكون انهيار المجال المغناطيسي الأرضي أثناء العصر الإدياكاري قد ساهم في أكسجة الغلاف الجوي والإشعاع الحيواني. ، إريك ج. بلاكمان، أليكسي ف. سميرنوف، غابرييل أهرندت، روري د. كوتريل، كينيث ب. كوداما، ريتشارد ك. بونو، ديفيد ج. سيبك، يونج هسيانج لي، فرانسيس نيمو، شوهاي شياو، ومايكل ك. واتكيز، مايو 2024، اتصالات الأرض والبيئة.
دوى: 10.1038/s43247-024-01360-4

تم دعم هذا البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية.