کشف ارتباطی قوی و غیرمنتظره بین میدان مغناطیسی زمین و سطح اکسیژن

دانشمندان برای انجام مطالعه از دو مجموعه داده مستقل مربوط به ۵۴۰ میلیون سال گذشته استفاده کردند. یکی از این داده‌ها سطح اکسیژن جوی را نشان می‌داد که از طریق شاخص‌های مختلفی مانند فراوانی زغال‌سنگ فسیل‌شده در رسوبات (که از آتش‌سوزی‌های طبیعی باقی‌ مانده و اطلاعاتی درباره میزان اکسیژن آن دوره فراهم می‌کند) به‌دست آمده بود. داده‌ی دوم مربوط به قدرت میدان مغناطیسی زمین بود که از اطلاعات مغناطیسی ثبت‌شده در سنگ‌ها و رسوبات باستانی استخراج شده است. پژوهشگران این دو مجموعه داده را در مقابل یکدیگر ترسیم کردند و به همبستگی قوی بین آن‌ها پی بردند.

اگر میدان مغناطیسی زمین سطح اکسیژن را کنترل کند، احتمالاً این تأثیر به دلیل محافظتی است که از جو زمین در برابر آب‌و‌هوای فضایی فراهم می‌کند. تحقیقات پیشین نشان داده‌اند که میدان مغناطیسی می‌تواند از فرار یا فرسایش مولکول‌های جوی جلوگیری کند یا آن را کاهش دهد. همچنین، این میدان مغناطیسی از حیات روی زمین، از جمله گیاهانی که اکسیژن تولید می‌کنند، در برابر پرتوهای ایکس و فرابنفش شدید محافظت می‌کند.

در مقابل، اگر سطح اکسیژن جو قدرت میدان مغناطیسی زمین را تعیین کند، در آن صورت زمین‌ساختِ صفحه‌ای نقش محوری خواهد داشت؛ فرایندی که به‌طور مداوم پوسته زمین را بازیافت می‌کند و آن را به درون گوشته می‌فرستد؛ یعنی لایه‌ای از زمین که هسته‌ی مایع بیرونی را می‌پوشاند.

زمین‌ساخت صفحه‌ای قطعاً بر شرایط گرمایی و دینامیکی در پایه‌ی گوشته که با هسته‌ی مایع بیرونی مرز دارد، تأثیر خواهد گذاشت. از طرف دیگر، زمین‌ساخت همچنین بر چرخه‌ی شیمیایی و دیگر عناصر از درون به سطح زمین تأثیر می‌گذارد که بی‌تردید بر اکسیژن‌سازی اثرگذار است.

کوانگ گفت:

احتمال اینکه میدان مغناطیسی زمین بر سطح اکسیژن اثر بگذارد بیشتر است تا اینکه برعکس آن باشد. زیرا دانشمندان می‌دانند که میدان مغناطیسی از اعماق سیاره آغاز شده و به سطح زمین و حتی فضا گسترش می‌یابد. جهت معکوس آن یعنی تأثیر اکسیژن بر میدان مغناطیسی کمتر قابل درک است.

سومین سناریوی احتمالی این است که یک فرایند مستقل دیگر باعث شده میدان مغناطیسی و سطح اکسیژن در طول زمان در یک مسیر مشابه حرکت کنند. نویسندگان این مطالعه هنوز نمی‌دانند که آن فرایند چیست، اما یک جهش هم‌زمان که در هر دو مجموعه داده دیده می‌شود، ممکن است پاسخ را در خود داشته باشد.

جهش یادشده با دوره‌ی وجود ابرقاره‌ی باستانی پانگه‌آ هم‌زمان است که حدود ۳۲۰ میلیون سال پیش شکل گرفت و حدود ۱۹۵ میلیون سال پیش از هم فروپاشید.

به دلیل بازآرایی عظیم صفحات زمین‌ساختی، ابرقاره‌ها ممکن است حلقه‌ی گمشده میان میدان مغناطیسی زمین و سطح اکسیژن باشند، اما کوانگ و کوپاراپو هشدار دادند که شواهد برای این فرضیه هنوز در مراحل اولیه و بسیار مقدماتی است.

کوانگ گفت: «این یکی از حدس‌هایی است که ما در مقاله‌مان چندان با قدرت بیان نکردیم، اما از نظر ما مکانیسمی بسیار جذاب است که ارزش پیگیری دارد.» دلیل این احتیاط آن است که داده‌های قابل اتکا فقط برای یک ابرقاره، یعنی پانگه‌آ، در دست دارند و اطلاعات کافی درباره‌ی ابرقاره‌های پیشین ندارند. کوپاراپو می‌گوید:

به نظر می‌رسد همبستگی عینی بین سطح اکسیژن، میدان مغناطیسی و دیگر ابرقاره‌ها وجود دارد.اما ما داده‌های قابل اعتماد از اکسیژن پیش از ۵۴۰ میلیون سال پیش نداریم، بنابراین نمی‌توانیم درباره‌ی دوره‌های قدیمی‌تر و ابرقاره‌های پیشین نتیجه‌گیری قطعی داشته باشیم.

پژوهشگران اکنون مشغول برداشتن گام بعدی هستند؛ یعنی جست‌وجو برای یافتن عوامل ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی دیگر که ممکن است به میدان مغناطیسی و سطح اکسیژن مرتبط باشند. به گفته‌ی نویسندگان، ارتباط و همکاری بین دانشمندان در این مسیر حیاتی است. کوپاراپو می‌گوید:

هیچ ذهنِ واحدی نمی‌تواند کل سامانه‌ی زمین را درک کند. ما مثل بچه‌هایی هستیم که با لگو بازی می‌کنیم؛ هرکداممان یک قطعه لگو داریم. می‌خواهیم همه را کنار هم بگذاریم و ببینیم تصویر کلی چیست.