科学家发现地球磁场和氧气水平之间存在强烈而意想不到的联系 _科学

研究人员发现，氧气水平与地磁场之间存在很强的相关性，但尚不清楚两者是否相互影响。（图片来源：castigatio/Getty Images）
据美国生活科学网站（Sascha Pare）：新的研究表明，地球的磁场和氧气水平有着千丝万缕的联系。
一项新的研究发现，在过去的5.4亿年里，地磁场的强度与地球大气中氧气的百分比同步上升，但目前尚不清楚其中一个是否影响另一个，或者是否有其他未知因素解释了这种联系。
美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心大地测量与地球物理实验室的高级科学家Weijia Kuang告诉《生活科学》杂志：“这是我们首次发现地磁场与氧气水平之间的联系。” 。
结果表明，自寒武纪开始（5.41亿至4.854亿年前）以来，地球的磁场和氧气水平或多或少地平行增加，这两个因素在3.3亿至2.2亿年前都出现了激增。
Kuang和研究合著者、美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的行星科学家拉维·科帕普在一次联合视频采访中表示，这项研究可能有助于缩小对其他行星上生命的要求。
Kuang说，地磁场可能控制着氧气水平，反之亦然，但还有另一种可能的情况，即这两个因素都与研究人员尚未确定的第三个地球化学或地球物理过程有关。
在这项新研究中，科学家们使用了过去5.4亿年的两个独立数据集。其中一个数据集显示了大气中的氧气，这些氧气来自多种指标，如野火后残留的化石木炭沉积物中的丰度，并提供了在特定时间有多少氧气的线索。另一个数据集显示了地磁场的强度，该强度来自古代岩石和沉积物中记录的磁性信息。研究人员将这些数据集相互绘制，发现它们之间存在很强的相关性。
如果地磁场控制着氧气水平，其影响可能是由于它为地球大气层提供了保护，使其免受太空天气的影响。先前的研究表明，地磁场可以防止或减少大气分子的逃逸或侵蚀。磁场还保护地球上的生命，包括产生氧气的植物，免受X射线和极紫外辐射的伤害。
相反，如果大气中的氧气水平决定了地球磁场的强度，那么板块构造将发挥核心作用。板块构造是不断将地壳循环到地幔的过程，地幔是覆盖地球液态外核的行星层。
Kuang说，地球的地磁场起源于外核中的电流，因此地壳物质和氧气循环到地幔中可能会影响下地幔，进而影响地磁场。
他说：“板块构造[…]肯定会影响地幔底部与液态外核接壤的热和动力学条件。” 。“另一方面，板块构造也会影响化学物质和其他元素从内部到表面的循环，这肯定会影响氧合或氧气的产生。”

地球的磁场是由液体外核中的对流产生的。（图片来源：Mopic/Shutterstock）
Kuang说，地磁场更有可能影响氧气水平，而不是相反。这是因为科学家们知道地磁场起源于地球内部深处，传播到地球表面并进入太空。“另一个方向不太为人所知，”他说。
第三种可能的情况是，另一个单独的过程是随着时间的推移将地磁场和氧气水平推向同一方向。该研究的作者尚不清楚这一过程可能是什么，但两个数据集中存在的峰值可能就是答案。
“一个非常诱人的机制”
这一峰值与古代超大陆泛古陆的存在相吻合，泛古陆形成于大约3.2亿年前，在大约1.95亿年前分裂。Kuang和Kopparapu警告说，由于涉及大规模的构造重排，超级大陆可能是地球磁场和氧气水平之间缺失的环节，但目前这方面的证据仍然非常初步。
Kuang说：“这是我们在论文中没有强烈提出的猜测之一，但我们认为这是一个非常诱人的机制。” 。他说，研究人员对这一想法持保留态度的原因是，他们只有一个超级大陆——泛古陆的可靠数据，而不是之前的超级大陆。
Kopparapu说：“氧气和磁场与所有其他超级大陆之间似乎存在一些视力相关性。” 。“然而，我们没有关于氧气（追溯到5.4亿年前）的可靠数据，因此我们无法对（追溯到更早的时间）和过去的超级大陆做出这样的结论。”
研究人员已经在研究下一步，即寻找可能与地磁场和氧气水平相关的其他地球物理和地球化学因素。为此，作者表示，科学家之间的沟通与合作至关重要。
Kopparapu说：“一个人无法理解地球的整个系统。” 。“我们就像玩乐高玩具的孩子，每个人都有一块单独的乐高积木。我们试图把所有的乐高积木放在一起，看看大局是什么。”