Együtt változik a légköri oxigén és a földmágnesség

A Naprendszer kőzetbolygói közt egyedül a Föld az, ahol mind a mágnesség, mind a légköri oxigén mennyisége tartósan jelen volt és segíthette az élet fejlődését, fennmaradását. Egy amerikai-angol kutatócsoport, amelyet a NASA szakembere vezetett, azt vizsgálta meg, lehet-e valamilyen kapcsolat a mágnesség és a légköri oxigén között. A kutatás célja az volt, hogy megpróbálják feltárni, mennyiben szükséges összetevője a mágnesség egy bolygón az élet kialakulásának és fennmaradásának.

A kutatók ehhez az elmúlt bő félmilliárd év kőzetrétegeiben megmérték a mágnességet, és felállítottak egy időbeli sort a geomágneses dipólusmomentumról, gyakorlatilag a földmágnesség erősségéről. Az adatsort azután összevetették a szintén a kőzetekből kiolvasható egykori oxigénszint adataival. Olyan összehasonlításokat végeztek, amelyekben a változások hosszú távú trendektől független, kis részletei is megfigyelhetők voltak. Ez a fajta elemzés teszi lehetővé, hogy az esetleges összefüggésekre fény derüljön.

Az eredmények szerint mind a mágnesség, mind az oxigénszint növekedést mutatott a kambrium kezdete (541 millió év) óta eltelt időben, majd 330-220 millió éve egy ugrásszerű emelkedés látszik mindkét adatsoron. A két adatsor párhuzamosan mozog, vagyis a mágnesség és az oxigén szintje együtt változtak. Ebben rövidebb (1-4 millió éves) eltolódások persze voltak, de a hosszabb távú kapcsolat végig szinkronban maradt.

A vizsgálat azt nem mondta meg, hogy milyen oka lehet ennek az egyértelműen kimutatható kapcsolatnak, de a kutatók több elképzelést is vázoltak.

1. A mágnesség védő hatása

A földi mágneses tér távol tartja a napszéllel érkező részecskéket, amelyek hatására a légköri gázok könnyebben elszöknének a világűrbe. Ez a helyzet jól ismert, például a marsi légkör kapcsán, amelynek vízvesztését részint a bolygó globális mágneses tere elvesztéséhez kötik. A kutatók szerint azonban e formában nem volna jelentős a légkör oxigénvesztesége, például a fotoszintézisből származó növekedés jóval többet ad, mint ami így elszivároghatna. Gyakorlatilag a földfelszínen felszabaduló oxigén mennyisége korlátlan.

2. Ugyanaz a folyamat befolyásolja mindkettőt

Valószínűbb azonban, hogy a Föld mélyének valamely folyamata, például a földköpeny-földmag közti dinamikai kapcsolat van hatással mindkettőre. Az említett, 330-220 millió éve lejátszódott nagy mértékű emelkedés ahhoz is kötődhet, hogy feltehetően ekkorra szilárdult meg bolygónk belső magja. A korábbi időben a teljes mag folyékony (olvadt) állapotú volt, és a benne lejátszódó hőáramlás tette lehetővé a földmágnesség létrejöttét.

Ez a hőáramlás alapú dinamó azonban távolról sem olyan hatékony, mint a belső mag megszilárdulásával létrejövő. Amint a belső mag megszilárdult, a vas kristályossá vált, ám a vele együtt található más elemek (pl. kén, szilícium) kiszorultak a külső magba. Ez az összetételhez köthető eltérés jóval erősebb áramlásokat, így hatékonyabb és stabilabb dinamót eredményez.

Azonban egymagában a dinamó átalakulása sem magyarázza meg a nagy mértékű változást. Ezen időszak elején alakult ki, illetve a végén darabolódott aztán fel a Pangea szuperkontinens. Az óriási méretű szárazföld azonban nemcsak a kiterjedt növénytakaró és tengeri algák nyújtotta oxigéntermelésével, nemcsak a tengeráramlatok átalakításával járult hozzá a légköri oxigénszinthez.

A hatalmas szárazulat óriási tömege a földmagig jutó hatással járt, aszimmetrikussá tette annak áramlásait, ezzel erősítette a dinamóhatást. Ez azt is jelenti a kutatók szerint, hogy a szuperkontinensek ciklusai is összefüggésben állnak a légköri oxigénszinttel.

A szakemberek szerint a felismert összefüggés az exobolygók kutatására is hat. Ha egy távoli égitesten felismerjük a mágnesség és az oxigénszint párhuzamos változásait, az az életre utaló jelnek is tekinthető. Egyelőre nincs tehát még pontos magyarázatunk erre a kapcsolatra, további geofizikai és geokémiai kutatások, modellezések vezethetnek el ahhoz, hogy a most felismert összefüggések okait is megtaláljuk.