Borlina说,“地球的磁场起源也可以弄清楚地球初期的生命形成的早期条件,地球的生命开始出现在地球产生后的第一个十亿年里,也就是在44亿年到35亿年间”
“不能相信锆石”
科学家传统上利用古老的岩石里的物质来测定地球磁场变化的时间和频率密集度。随着岩石形成和冷却,单个晶粒的电子可以向周围磁场的方向移动。一旦岩石冷却超过一定温度,即居里温度,电子的运动方向就会固定在石头上。科学家可以确定石头里原子的年龄,并使用标准磁强计测量他们的方向,从而估计地球磁场在给定时间点的强度和方向。
自从2001年,Weis和他的团队一直在研究Jack 山脉的岩石和锆石的磁化,他们挑战性的目标是确定它们是否包含着地球磁场的原始老记录。
“杰克山(Jack Hills)锆石是古地磁学研究历史中最脆弱的磁性物体之一。”外斯(Weiss)说,“更重要的是,这些锆石包含了已知最古老的地球物质,这就意味着许多地质活动能够重置它们的磁纪录。”
在2015年,一个研究杰克山锆石的独立调查小组声称他们找到了证据。这个证据可以证明锆石中的磁性物质可以追溯到42亿年前——这也是证明地球的磁场在35亿年前已经存在了的第一个证据。但是,该小组成员柏林纳(Borlina)指出,团队仍无法确认该磁性物质的准确形成时间,究竟是在42亿年前锆石晶体形成的过程之中还是形成以后。这个问题将会是他和他的团队未来的研究目标。
在杰克山同一片露出地面的岩层,柏林纳、外斯和他们同事还收集了一些岩石,并从这些样品中提取了3,754个锆石颗粒。而每个锆石颗粒的长度大约在150微米——约等于人类头发的宽度。他们运用了标准的测定技术,检测出每个锆石颗粒的年龄,大约在10亿到42亿年的范围之内。
通过排查,大约有250个锆石晶体的年龄大于35亿年。研究团队把这些样品进行独立分析,企图寻找有裂缝或第二种物质的迹象,如有些矿物可能会待晶体完全形成后沉积于晶体表面或内部,或者找到证据,证明自他们形成以来的几十亿年里,他们明显变热了。在这250个锆石之中,他们识别出只有三个锆石相对纯净,没有杂质,因此其中可能会包含有合适的磁记录。
接着,研究团队对这三个锆石进行了更为详细的实验,为了搞清楚他们可能包含了哪些磁性物质。最终,他们在这三个锆石中的两个,发现了一种叫磁铁矿的磁性矿石。该团队还利用高分辨率量子钻石磁强计,观察了两颗锆石的截面,为了确定每颗锆石中磁铁矿的位置。
研究人员发现磁铁矿位于锆石的裂缝或损坏带上。Borlina说,这些裂缝是允许水和其他元素进入岩石的通道。这样的裂缝可能让二次磁铁矿进入晶体,比锆石最初形成时要晚得多。不管怎样,Borlina说证据显而易见:这些锆石不能作为地球磁场的可靠记录。
“锆石测量记录的地球磁场,这是我们不能相信的证据”Borlina说。“我们已经证明,在35亿年前,我们还不知道地球磁场是什么时候开始形成的。”