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最古老的岩石晶体指向地球的古代磁盾

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古代地球磁场的微弱残余已被发现印记在世界上最古老的岩石晶体 - 证据表明,我们星球的核心磁发电机是活着的,超过40亿年前踢,比科学家早超过五十亿年曾想过。

一个早期的发电机会帮助生命获得一个手指:地球的磁场将它从太阳风中屏蔽掉,这是一股来自太阳的高能粒子流,可以剥离地球的水汽和其他生命所必需的气体。 “如果我们知道磁场何时开始,我们很清楚地球可居住了多长时间,”纽约罗切斯特大学(University of Rochester,U of R)的古地磁学家罗里科特雷尔说。 Cottrell,美国R ofge古磁学家John Tarduno和其他同事今天在 Science 上发表了他们有争议的古代发电机的证据。

古代还有其他重要的含义。对发电机进行建模的科学家(在地球的液体核心中出现铁而冻结并通过对流冷却)将对这一发现感到惊讶,因为他们的模型通常预测在过去的35亿年内开始发电。修正后的年代也可能为早期开始板块构造提供证据,这被认为是与发电机大约同时开始的。在板块构造学中,地壳和上地幔中的移动板通过对流冷却地幔,这是一种有效的冷却方式,其中热浮材料升起,冷却并再次以循环模式下沉。较冷的地幔将为核心提供较冷的外部边界,这是自身对流开始并启动发电机的必要条件。

但是这项研究已经引起了一些争议,一个对手团体说他们不能再现Tarduno团队的结果。考虑到发电机时代的整体重要性,这些差异值得整理,帕萨迪纳加利福尼亚理工学院的磁力师Joseph Kirschvink和竞争对手研究的合着者约瑟夫·基尔施温克说。 “当两个团队从同一个地方看同样的岩石,并得到截然不同的结果时,这有点令人吃惊,”他说。

科学研究开始于5或6年前从西澳大利亚的Jack Hills收集的岩石。岩石中的矿物晶体称为锆石,是耐寒的东西,几乎不受时间影响,其中许多岩石年龄超过40亿年 - 这是地球上最古老的岩石的证据(锆石最初在早已消失的岩石中结晶) )。现在,锆石位于大约30亿年前形成的被称为砾岩的混泥土中的石英卵石内。

Tarduno从杰克山的对面带回了一个四分之一米的样本,回到他的实验室并碾碎了它的一部分。使用光学显微镜,他的团队精心搜寻了0.2毫米左右的锆石。通常,磁铁用于筛选包含可磁化矿物(例如磁铁矿)的锆石 - 但这会改变锆石中的任何剩余磁场。该团队在样本中发现了数千个锆石,并选出了几百个缺乏裂缝,并且似乎是最原始的。

在一个特殊的房间里,钢铁和镍层与地球磁场隔绝,研究人员将锆石通过一台磁力计 - 一台像磁共振成像机那样工作,除了中心管的直径小于1厘米。这种使用低温冷却超导传感器的磁力计确定了地球古代磁场在锆石内“冻结”成磁铁矿晶体时的强度和方向。该团队将最好的锆石送到另一个实验室以获得年龄日期。最后,该团队发现了44个古老的田园锆石的质量日期;最早的年龄是42亿年,比以前以锆石为基础的最早的地球磁场估计值高7.5亿年。 27922449

但是Tarduno的团队也不得不证明锆石在其历史上的任何时刻都没有被再磁化。如果磁铁矿的温度上升到585°C,它的居里点(Curie point) - 在矿物中设置磁场的温度,热流体或环境热可以重新设置印记磁场。所以团队削减了一部分 从他们的三十亿年历史的砾岩样本中,发现含有锆石的区域的磁性取向都是随机取向的。如果这块岩石在过去30亿年内被再磁化,那么它的方向可能会一致。然后,他们不得不担心锆石在十亿年左右的存在。研究人员认为,如果热在最早的时期使锆石重新磁化,他们会发现用于测年锆石的铀 - 铅放射性同位素体系存在差异。

但是由剑桥麻省理工学院的行星科学家Ben Weiss带领的一个研究小组对科学的研究深表怀疑。在一篇发表在地球与行星科学快报的文章中,Weiss及其同事特别提出了一些结果。他们分析了Jack Hills同一地区的锆石。他们已经找到证据表明岩石内的磁性取向是一致的,他们认为这是由于附近的火山事件造成的,这些火山事件会在大约10亿年前为岩石带来热量。 Weiss说:“我们还没有找到我们可以捍卫的原始磁化。”

Weiss也担心在铀 - 铅系统中缺乏差异来证明锆石在其十亿年前的完整性。他说,铀铅系统非常稳定,它可以用900°C的温度来破坏它,而锆石可以在580°再磁化。他说,在这段时间里有很多事件可能会扰乱岩石,称为Hadean。现在还不是一个在地球上的好时机,即使是一块石头。 “我们正在谈论我们所知道的最古老的东西,在哈代时期,当地球被撞击器撞击时。”

Tarduno没有受到Weiss的怀疑。 “我们的结论是,他们甚至没有测量我们拥有的磁化强度,”他说。大部分的争论都归结于所使用的不同磁力仪的细微差别。 Tarduno说他的小组使用的灵敏度比用于这类工作的典型磁力计灵敏度高10倍,并且在检测3D磁场方向时也更好。 Weiss反驳说,他的小组现在正在使用基于量子钻石传感器的磁力计,它提供了比以往更好的空间分辨率。

在2014年12月的美国地球物理联盟会议上,Weiss的合作者使用钻石传感器磁强计来显示可能存在磁化的古代锆石的特定部分。事实证明它来自涂覆锆石表面的铁磁材料,而不是来自晶体内部的磁铁矿。 Weiss说,这是另一个迹象,表明这些锆石可能会被轻易污染或改变。 Tarduno说他很高兴Weiss正在推动这些测量的极限,但并不认为这个特定的结果说明了他的团队选择的任何关于zircons的事情。 “我认为这不符合我们的样本,”他说。

Tarduno希望这些团体能够达成协议并接近发电机的真实年龄。作为其重要标志,他期待着火星,它也被认为有一个古老的发动机,但是很快就被熄灭了。他说,这导致了红色星球大部分气氛的消失,以及数十亿年前流行的更温暖,更潮湿的气候条件。 “它强调了早期发电机对可居住条件的重要性。”

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