Геология

Концентрации кислорода и сила магнитного поля нашей планеты в последние 540 миллионов лет изменялись очень похожим образом. Причины этого загадочны: ни один известный или предполагаемый механизм не должен обеспечивать такой корреляции. Если она реальна, это может серьезно изменить представления о возможности сложной жизни на самом распространенном типе планет во Вселенной.

Международная группа ученых решила сравнить интенсивность магнитного поля Земли в прошлом (его определяют по намагниченности древних пород) и количество кислорода в атмосфере в те же эпохи. Результаты исследования, охватившего период фанерозоя (последние 540 миллионов лет), опубликовали в журнале Science Advances.

Оказалось, между магнитным полем и уровнем O2 в воздухе существует корреляция в 0,72. Это далеко не «железное» значение, но для систем со многими параметрами, к которым, несомненно, относятся атмосфера и ее состав, уровень неожиданно высокий.

Когда авторы научной работы решили убрать все временные хаотические колебания в уровне кислорода, чтобы они не зашумляли графики, корреляция практически не изменилась. То есть речь идет не о случайности, а некоей закономерности. Это порождает проблему: даже исследователи не могут понять, чем она обусловлена.

Теоретически магнитное поле сокращает потерю ионов кислорода в космос. Вот только их потеря, по всем расчетам, от 200 до 2000 раз слабее, чем приток кислорода в атмосферу в последние полмиллиарда лет. Поэтому ученые предположили, что причины иной природы.

Например, начало затвердевания твердого внутреннего ядра Земли в теории может как временно усилить магнитное поле, так и вызвать какие-то геохимические процессы, способные увеличить приток кислородосодержащих газов на поверхность.

По идее, при усилении конвекции в земном ядре так называемое геомагнитное динамо должно усиливаться. Но и сами авторы статьи отметили, что этот процесс не должен идти достаточно быстро, чтобы объяснить резкий всплеск силы магнитного поля (и уровня кислорода) 220-330 миллионов лет назад. Тогда на Земле был чрезвычайно высокий уровень кислорода в воздухе, не наблюдаемый сегодня.

В попытке объяснить этот период, ученые предположили, что формирование и распад суперконтинентов (Пангея) как-то стимулируют и приток кислородсодержащих компонентов к поверхности и магнитное поле. Так называемый Кайамский суперхрон обратной полярности магнитного поля (262-312 миллионов лет назад) может быть одним из проявлений этого процесса.

Гипотетический механизм влияния суперконтинентов на все это, который предложили в статье, — через изменения среднего теплового потока, идущего от глубин планеты к поверхности. Отдача тепла через континентальные участки коры идет хуже, чем через океанические. Формирование крупной и единой суперконтинентальной «крышки» могло затруднить теплоотвод не только на поверхности планеты но и в итоге на границе ядра и мантии Земли.

Другой возможный процесс: окисление горных пород на континентах идет много интенсивнее, чем в океанической коре. Есть и другие каналы влияния континентов на окислительно-восстановительные процессы на поверхности планеты. Еще исследователи спекулятивно предполагают, что скорость расхождения океанических плит земной коры как-то влияет на доставку содержащих кислород соединений из глубин планеты на ее поверхность. Но конкретных механизмов такого рода они не озвучивают.

В то же время из более ранней ее истории известно, что при очень сильном падении магнитного поля в конце эдиакарского периода концентрация кислорода, судя по всему, быстро росла. Как это сочетается с обратной корреляцией в новой работе и предложенными авторами механизмами — неясно.

Напомним, по современным представлениям, большинство планет в обитаемой зоне в нашей Вселенной вращается вокруг красных карликов. Их светимость настолько меньше солнечной, что обитаемая зона там очень близко к самой звезде. Из-за этого ее гравитация тормозит вращение планеты, подвергая приливному захвату — ситуации, когда планета смотрит на свое светило всегда одной стороной.

Ряд ученых считают, что из-за медленного собственного вращения магнитное поле на таких планетах быстро затухает. Если авторы нового исследования корректно описали связь между уровнем кислорода в атмосфере и силой магнитного поля, такие планеты с трудом будут достигать высоких уровней О2. Перспективы сложной жизни при низкой концентрации этого газа в атмосфере довольно скромны.