地球はどのようにして「死を逃れた」のでしょうか?科学者たちは新たな手がかりを発見した

地球は人類が知る宇宙の中で生命が存在する唯一の天体であり、宇宙最大の驚異の一つとみなすことができます。

しかし、数億年前、地球は壊滅的な災害に見舞われました。磁場がほぼ消滅し、わずか10%だけが残ったのです。

ご存知のように、火星に生命が存在しない重要な理由の 1 つは、火星の磁場が「実際に」消滅し、太陽風の直接的な影響から保護できないことです。

ロチェスター大学の科学者と協力者による新たな研究によると、地球の磁場は5億5000万年前に不思議なことに回復し始め、地球は火星と同じような運命を免れたという。

「初期カンブリア紀の地球ダイナモの再生と内核構造の起源」と題された関連研究論文が、Nature Communications 誌に掲載されました。

磁場が跳ね返る原因は何ですか?

私たちの足元から約 1,800 マイル下にある地球の外核では、渦巻く液体鉄が地球を保護する磁場を生み出しています。この磁場は目に見えませんが、太陽からの強力な放射線である太陽風から地球を守るため、地球表面の生命にとって不可欠です。

しかし、約5億6500万年前には磁場は現在の強さの10％にまで低下しました。

幸運なことに、地球上の多細胞生物のカンブリア爆発の直前に、磁場は不思議なことに「跳ね返り」、強さを取り戻しました。
この「跳ね返り」は数千万年にわたって発生しており、地質学的な時間スケールでは非常に速いもので、地球の固体の内核の形成と一致しているため、内核が直接的な原因であった可能性があることを示唆しています。

図｜地球の内部構造（出典：Wikipedia）

「内核は非常に重要だ」とロチェスター大学地球環境科学部の地球物理学教授で、文学・科学・工学部の学部長でもあるジョン・タルドゥーノ氏は語った。 「内核が成長し始める直前は磁場は崩壊状態にあるが、内核が成長し始めると磁場は再生する。」

研究者らは、コアの年代のより正確な推定値を含め、コアの歴史におけるいくつかの重要な日付を特定した。この研究は、地球の歴史と将来の進化、地球がどのようにして居住可能になったか、そして太陽系の他の惑星の進化についての手がかりを提供します。

ロチェスター大学の研究者たちは古地磁気学を利用して、地球の核の歴史におけるこの2つの重要な日付を正確に特定した。彼らは、この日付が地球上で生命が爆発的に出現する前に存在していた磁場を復元したと考えている。

古代の岩石に刻まれたメッセージを解読する

地球は太陽系の内側から外側に向かって3番目の惑星です。地球の本体は、岩石圏、マントル、溶融金属の外核、固体金属の内核から構成され、外核によって生成される地磁気を持っています。

図｜太陽系（出典：Wikipedia）

磁場と地球の核との関係のため、科学者たちは何十年もの間、地球の歴史を通じて地球の磁場と核がどのように変化してきたかを明らかにしようと努めてきました。コア内の物質の位置と極端な温度のため、磁場を直接測定することはできなかった。

幸運なことに、地球の表面に移動した鉱物には、溶融状態から冷却される際に磁場の方向と強度を固定する小さな磁性粒子が含まれていました。

コアの年代と成長をより深く理解するために、研究チームは二酸化炭素レーザーと研究所の超伝導量子干渉装置（SQUID）磁力計を使用して、灰長石岩石内の長石結晶を分析した。これらの結晶の内部には小さな磁針があり、完璧な磁気記録装置となります。

古地磁気学として知られる結晶内に閉じ込められた磁場を研究することにより、研究者たちは地球の核の歴史における2つの重要な新たな日付を特定しました。

1. 5億5000万年前：1500万年前、地球の磁場はほぼ崩壊し、急速に再生し始めました。研究者たちは、磁場の急速な再生は固体の内核の形成によるもので、それが溶融した外核を再充電し、磁場の強さを回復させるためだと考えている。

2. 4億5000万年前：成長する内核の構造が変化し、最も内側の内核と最も外側の内核の境界が形成される。地表でのプレートテクトニクスにより、内核のこれらの変化は、その上にあるマントルの構造の変化とほぼ同時に発生します。

図 |コアはありません。約5億5000万年前、内核が成長し始めました。約4億5000万年前、最外核と最内核の境界が形成されました。

「内核のより正確な年代がわかったので、現在の内核が実際には2つの部分で構成されているという事実を調査することができます。」 「地球表面のプレートテクトニクス運動は間接的に核に影響を及ぼし、こうした運動の歴史は核の構造に深く刻み込まれている」とタルドゥーノ氏は語った。

火星のような運命を避ける

内核と磁場のダイナミクスと成長についての理解を深めることは、地球の過去を明らかにして未来を予測するだけでなく、他の惑星がどのように磁場を形成し、生命に必要な条件を支えるのかを明らかにする上でも重要な意味を持ちます。

研究者たちは、火星を例にとると、火星にはかつて磁場があったが、後に消滅したため太陽風の影響を受けやすくなり、その結果火星表面に海がなくなったと考えている。

磁場の消失が地球に同じ運命をもたらすかどうかは不明だが、研究者らは「地球の磁場が再生していなかったら、地球は間違いなくさらに多くの水を失っていただろう」と述べている。 「地球は現在よりもずっと乾燥しており、非常に異なったものになっていただろう。」

惑星の進化の観点から、この研究は磁場とそれを維持するメカニズムの重要性を強調しています。

「この研究は、数十億年という惑星の寿命にわたって磁場を維持するために、成長する核のようなものが必要であることを本当に浮き彫りにしている」とタルドゥーノ氏は語った。

参考リンク:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31677-7