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南京大學教授李永祥團隊與美國羅切斯特大學教授John Tarduno、中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所研究員彭善池以及首都師范大學教授楊振宇等合作，對浙江江山碓邊寒武紀“金釘子”剖面開展了詳細的古地磁研究，獲得了晚寒武世大約4.95億年前的地磁極性變化記錄，發(fā)現(xiàn)寒武紀地磁場極端異常，并揭示地球內(nèi)核生長演化。7月31日，相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然-通訊》。
地磁場是宜居地球環(huán)境的重要保障，地磁場變化對地球生命起源和演化有著重要影響。地磁場起源于地球液態(tài)外核流體的運動（即磁發(fā)電機）, 已有至少35億年歷史。在地質(zhì)歷史時期，長時間尺度上，地磁場相當于一個置于地心并與自轉(zhuǎn)軸平行的條形磁鐵所產(chǎn)生的偶極子場，即地心軸向偶極子場。
地球早期只有液態(tài)地核，通常認為，地球固態(tài)內(nèi)核在新元古代晚期開始出現(xiàn)，之后繼續(xù)生長，體積逐漸增大，直至達到現(xiàn)代地球內(nèi)核的尺寸。這一推斷的主要證據(jù)是，新元古代晚期地磁場極性頻繁倒轉(zhuǎn)，而且強度是現(xiàn)有記錄中最低的。這是由于固態(tài)內(nèi)核初始形成時，地核結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，從而擾動了磁發(fā)電機，導致地磁場失穩(wěn)，表現(xiàn)為地磁極性頻繁倒轉(zhuǎn)和磁場強度減弱。但是，對于固態(tài)內(nèi)核初始形成之后，地磁場如何由失穩(wěn)狀態(tài)恢復到相對穩(wěn)態(tài)的演化過程及其對新元古晚期-寒武紀生物演化的影響并不清楚。
該研究表明，寒武紀地磁場變化表現(xiàn)為極性高頻倒轉(zhuǎn)期、短暫反極性期、罕見異常期和極性穩(wěn)定期。
對罕見異常期古地磁結(jié)果的進一步分析顯示，磁極發(fā)生了快速擺動，幅度可達~90°，持續(xù)時間為~8萬年。這說明磁極偏離了地球自轉(zhuǎn)軸，且偏離幅度巨大，達到接近赤道的極端狀態(tài)。這樣的磁極擺動特征與地球慣量主軸互換導致的真極移特征非常相似。真極移是由地球質(zhì)量分布變化引起的整個地球固體外圈層相對于其內(nèi)部發(fā)生旋轉(zhuǎn)的行為，即地球自轉(zhuǎn)軸發(fā)生了改變。但是，由于地幔黏度很大，大幅度的真極移不可能發(fā)生得很快。因此，該研究新發(fā)現(xiàn)的磁極擺動反映的應該是地磁場的極端異常行為，而不是真極移。
結(jié)合最近研究發(fā)現(xiàn)的早寒武世地磁場強度比新元古代晚期增強的現(xiàn)象，研究人員認為，地球固態(tài)內(nèi)核在新元古代晚期初始形成后，逐漸生長增大，不過在寒武紀期間仍然較小，還沒有達到足以穩(wěn)定磁發(fā)電機行為的規(guī)模，這使得寒武紀地磁場不穩(wěn)定，表現(xiàn)為間斷式的地磁極性高頻倒轉(zhuǎn)和極端異常。
另外，前人研究認為早寒武世期間曾發(fā)生了幅度達~90°的真極移，即慣性互換型真極移, 并提出它是導致寒武紀生命大爆發(fā)的一個重要原因。最新研究結(jié)果則提示，以往認為的早寒武世慣性互換型真極移可能是假象，而反映的是寒武紀不穩(wěn)定的地磁場。換言之，寒武紀早期地球自轉(zhuǎn)狀態(tài)穩(wěn)定，早寒武世生命大爆發(fā)是環(huán)境-生物共演化的結(jié)果。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40309-7
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