Дыхание планеты: НАСА обнаружило скрытый магнитный ритм, управляющий кислородом Земли

Глубинные недра Земли и разреженная атмосфера, дающая жизнь, на первый взгляд разделены тысячами километров вещества. Однако анализ данных, охватывающих последние 540 миллионов лет, проведенный учеными НАСА, выявил удивительную закономерность: изменения напряженности магнитного поля планеты и колебания уровня атмосферного кислорода двигались синхронно, словно связанные единым ритмом. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, ставят вопрос о том, что пригодность планеты для жизни определяется не только процессами на поверхности, но и активностью в самом сердце Земли.

Магнитный щит и его пульсация

Земное магнитное поле рождается в движении. Потоки расплавленного железа во внешнем ядре планеты работают как гигантский электромагнит, создавая невидимый кокон — магнитосферу. Однако этот «генератор» работает неравномерно. На протяжении геологической истории напряженность поля неоднократно возрастала и падала. Традиционно считается, что магнитный щит играет ключевую роль в сохранении атмосферы, отклоняя поток заряженных частиц от Солнца и предотвращая ее выдувание в космос. Однако, как отмечают авторы исследования, точная механика этого взаимодействия все еще остается предметом активного изучения.

Вместо того чтобы сразу пытаться распутать сложные причинно-следственные связи, группа исследователей под руководством геофизика Вэйцзя Куанга из Центра космических полетов имени Годдарда задала более фундаментальный вопрос: существуют ли вообще во временны́х изменениях магнитного поля и кислорода общие паттерны?

Каменная летопись двух стихий

Ответ на этот вопрос был скрыт в камне. Древние горные породы хранят двойную память. Во-первых, магнетитовые минералы, остывая в потоках вулканической лавы, фиксируют ориентацию и силу магнитного поля эпохи своего формирования — подобно стрелке компаса, застывшей на миллионы лет. Во-вторых, химический состав пород неразрывно связан с концентрацией кислорода в атмосфере того времени: разные уровни окисления оставляют разные геохимические метки.

За десятилетия исследований геофизики и геохимики накопили обширные базы данных. Однако, по словам ученых, никто ранее не сопоставлял эти два масштабных массива информации в детальном сравнении.

«Эти два набора данных очень похожи, — заявил Вэйцзя Куанг. — Земля — единственная известная планета, на которой существует сложная жизнь. Обнаруженные корреляции могут помочь нам понять, как эволюционирует жизнь и как она связана с внутренними процессами планеты».

Полмиллиарда лет синхронности

Анализ показал, что кривые напряженности магнитного поля и уровня кислорода следуют схожим траекториям подъема и спада на протяжении почти 540 миллионов лет. Эта синхронность прослеживается вплоть до кембрийского взрыва — геологического периода, когда сложные формы жизни впервые начали массово заселять Землю.

Обнаруженная корреляция поставила исследователей перед новой загадкой. Что выступает дирижером этого оркестра? Одна из гипотез предполагает наличие единого глубинного процесса, управляющего обеими системами.

«Эта корреляция поднимает вопрос о том, что и напряженность магнитного поля, и уровень атмосферного кислорода являются реакцией на некий единый процесс, например, движение континентов Земли», — комментирует соавтор исследования Бенджамин Миллс, биогеохимик из Университета Лидса.

Тектоническая активность влияет и на скорость остывания ядра (а значит, и на конвекцию, порождающую поле), и на вулканизм, и на выветривание пород, которое, в свою очередь, регулирует поступление питательных веществ в океан и, в конечном счете, продукцию кислорода цианобактериями.

В поисках механизма

Обнаруженная закономерность открывает новое направление для исследований. Команда планирует изучить более древние геологические пласты, чтобы выяснить, действовала ли эта связь в еще более ранние эпохи. Кроме того, ученые намерены проанализировать исторические концентрации других критически важных для жизни элементов, в частности азота, чтобы проверить, подчиняются ли они тому же скрытому ритму.

Что касается конкретного физического или биогеохимического механизма, связывающего ядро планеты и ее атмосферу, соавтор исследования Рави Коппарапу призывает к осторожности:

«Предстоит проделать еще много работы, чтобы понять это».

Тем не менее, сам факт обнаружения устойчивой корреляции, зафиксированной в независимых геологических архивах на протяжении почти половины миллиарда лет, заставляет пересматривать привычную модель обитаемой планеты. Она предстает не как набор изолированных оболочек — ядра, мантии, коры, океана и воздуха, — а как единая, сложносочиненная система, где пульс глубоких недр отзывается в самом воздухе, которым дышит все живое.