Okres ediakarowy, trwający od około 635 do 541 milionów lat temu, był kluczowym okresem w historii Ziemi. Oznaczało to erę transformacji, podczas której wyłoniły się złożone organizmy wielokomórkowe, przygotowując grunt pod eksplozję życia.
Jak jednak rozwinął się ten przypływ życia i jakie czynniki na Ziemi mogły się do niego przyczynić?
Naukowcy z Uniwersytetu w Rochester odkryli przekonujące dowody na to, że ziemskie pole magnetyczne znajdowało się w niezwykle nietypowym stanie, gdy makroskopowe zwierzęta z okresu ediakaru różnicowały się i rozwijały. Ich badanie, opublikowane w Nature Communications Earth & Environment, rodzi pytanie, czy te fluktuacje w starożytnym polu magnetycznym Ziemi doprowadziły do zmian w poziomie tlenu, które mogły mieć kluczowe znaczenie dla rozprzestrzeniania się form życia miliony lat temu.
Według Johna Tarduno, profesora Williama Kenana Jr. na Wydziale Nauk o Ziemi i Środowisku, jedną z najbardziej niezwykłych form życia w okresie ediakaru była fauna ediakaru. Wyróżniały się podobieństwem do wczesnych zwierząt – niektóre osiągały nawet ponad metr (trzy stopy) wielkości i były ruchliwe, co wskazywało, że prawdopodobnie potrzebowały więcej tlenu w porównaniu do wcześniejszych form życia.
„Poprzednie pomysły na pojawienie się spektakularnej fauny ediakaru uwzględniały czynniki genetyczne lub ekologiczne, ale bliski czas z ultraniskim polem geomagnetycznym zmotywował nas do ponownego rozważenia kwestii środowiskowych, a w szczególności natlenienia atmosfery i oceanów” – mówi Tarduno , który jest także dziekanem ds. badań w School of Arts & Sciences oraz School of Engineering and Applied Sciences.
Tajemnice magnetyczne Ziemi
Około 3500 km pod nami ciekłe żelazo wiruje w zewnętrznym jądrze Ziemi, tworząc ochronne pole magnetyczne planety. Choć niewidoczne, pole magnetyczne jest niezbędne do życia na Ziemi, ponieważ chroni planetę przed wiatrem słonecznym – strumieniami promieniowania słonecznego. Jednak ziemskie pole magnetyczne nie zawsze było tak silne jak obecnie.
Naukowcy zaproponowali, że do powstania życia zwierzęcego mogło przyczynić się niezwykle niskie pole magnetyczne. Jednakże zbadanie tego połączenia było trudne ze względu na ograniczone dane na temat siły pola magnetycznego w tym czasie.
Tarduno i jego zespół wykorzystali innowacyjne strategie i techniki do zbadania siły pola magnetycznego poprzez badanie magnetyzmu zamkniętego w starożytnych kryształach skalenia i piroksenu z anortozytu skalnego. Kryształy zawierają cząstki magnetyczne, które zachowują namagnesowanie od czasu powstania minerałów. Datując skały, badacze mogą stworzyć oś czasu rozwoju ziemskiego pola magnetycznego.
Wykorzystując najnowocześniejsze narzędzia, w tym laser CO2 i laboratoryjny magnetometr z nadprzewodzącym urządzeniem do interferencji kwantowej (SQUID), zespół precyzyjnie przeanalizował kryształy i zamknięty w nich magnetyzm.
Słabe pole magnetyczne
Dane wskazują, że ziemskie pole magnetyczne w okresie ediakaru było najsłabszym znanym dotychczas polem – aż do 30 razy słabszym od dzisiejszego pola magnetycznego – a ultraniskie natężenie pola utrzymywało się przez co najmniej 26 milionów lat.
Słabe pole magnetyczne ułatwia naładowanym cząstkom słonecznym usuwanie z atmosfery lekkich atomów, takich jak wodór, powodując ich ucieczkę w przestrzeń kosmiczną. Jeśli utrata wodoru jest znacząca, w atmosferze może pozostać więcej tlenu, zamiast reagować z wodorem, tworząc parę wodną. Reakcje te mogą z czasem prowadzić do gromadzenia się tlenu.
Badania przeprowadzone przez Tarduno i jego zespół sugerują, że w okresie ediakaru ultrasłabe pole magnetyczne powodowało utratę wodoru przez co najmniej dziesiątki milionów lat. Ta strata mogła doprowadzić do zwiększonego natlenienia atmosfery i powierzchni oceanu, umożliwiając pojawienie się bardziej zaawansowanych form życia.
Tarduno i jego zespół badawczy odkryli już wcześniej, że siła pola geomagnetycznego wzrosła w kolejnym okresie kambryjskim, kiedy w zapisie kopalnym zaczęła pojawiać się większość grup zwierząt, a ochronne pole magnetyczne zostało przywrócone, umożliwiając rozwój życia.
„Gdyby po ediakaranie pozostało niezwykle słabe pole, Ziemia mogłaby wyglądać zupełnie inaczej niż bogata w wodę planeta, jaką jest dzisiaj: utrata wody mogłaby stopniowo wysuszać Ziemię” – mówi Tarduno.
Podstawowa dynamika i ewolucja
Praca sugeruje, że zrozumienie wnętrz planet ma kluczowe znaczenie w rozważaniu potencjału życia poza Ziemią.
„Fascynujące jest myślenie, że procesy zachodzące w jądrze Ziemi można ostatecznie powiązać z ewolucją” – mówi Tarduno. „Kiedy myślimy o możliwości życia gdzie indziej, musimy także wziąć pod uwagę, w jaki sposób powstają i rozwijają się wnętrza planet”.
Badania te były wspierane przez amerykańską National Science Foundation.