انهيار المجال المغناطيسي: تأثيره على تطور الحياة

يلعب المجال المغناطيسي للأرض دوراً رئيسياً في جعل كوكبنا صالحاً للحياة. فالفقاعة الواقية التي تحمي الغلاف الجوي تحمي الكوكب من الإشعاع الشمسي والرياح والأشعة الكونية والتقلبات الشديدة في درجات الحرارة.

ومع ذلك، فقد انهار المجال المغناطيسي للأرض تقريبًا قبل 591 مليون سنة، ومن المفارقات أن هذا التغيير ربما لعب دورًا محوريًا في ازدهار الحياة المعقدة، كما وجد بحث جديد.

"بشكل عام، المجال وقائي. لو لم يكن لدينا مجال في وقت مبكر من تاريخ الأرض لكان الماء قد جُرِّد من الكوكب بفعل الرياح الشمسية (تيار من الجسيمات النشطة المتدفقة من الشمس نحو الأرض)"، كما قال جون تاردونو، أستاذ الجيوفيزياء الأرضية في جامعة روتشستر في نيويورك وكبير مؤلفي الدراسة الجديدة.

"لكن في العصر الإدياكاراني، كانت لدينا فترة رائعة في تطور الأرض العميقة عندما أصبحت العمليات التي تخلق المجال المغناطيسي... غير فعالة للغاية بعد مليارات السنين، لدرجة أن المجال انهار بالكامل تقريبًا."

ووجدت الدراسة، التي نُشرت في مجلة "اتصالات الأرض والبيئة" في 2 مايو، أن المجال المغناطيسي للأرض، الذي ينشأ عن حركة الحديد المنصهر في اللب الخارجي للأرض، كان أضعف بكثير من قوته الحالية لفترة لا تقل عن 26 مليون سنة. كما ساعد اكتشاف الضعف المستمر للمجال المغناطيسي للأرض في حل لغز جيولوجي دائم حول متى تشكلت النواة الداخلية الصلبة للأرض.

يتوافق هذا الإطار الزمني مع الفترة المعروفة باسم Ediacaran، عندما ظهرت الحيوانات المعقدة الأولى في قاع البحر مع زيادة نسبة الأكسجين في الغلاف الجوي والمحيط.

كانت هذه الحيوانات الغريبة تشبه بالكاد الحياة اليوم - مراوح إسفنجية وأنابيب ودونات وأقراص مثل ديكنسونيا، التي يصل حجمها إلى 4.6 قدم (1.4 متر)، وكيمبيريلا التي تشبه الرخويات.

قبل هذا الوقت، كانت الحياة في معظمها أحادية الخلية ومتناهية الصغر. ويعتقد الباحثون أن المجال المغناطيسي الضعيف ربما أدى إلى زيادة الأكسجين في الغلاف الجوي، مما سمح للحياة المعقدة المبكرة بالتطور.

من المعروف أن شدة المجال المغناطيسي للأرض تتذبذب بمرور الوقت، وتحتوي البلورات المحفوظة في الصخور على جسيمات مغناطيسية صغيرة تحبس سجلاً لشدة المجال المغناطيسي للأرض.

جاء أول دليل على أن المجال المغناطيسي للأرض قد ضعف بشكل كبير خلال هذه الفترة في عام 2019 من دراسة أجريت على صخور عمرها 565 مليون سنة في كيبيك والتي أشارت إلى أن المجال كان أضعف 10 مرات مما هو عليه اليوم في تلك المرحلة.

أما الدراسة الأخيرة فقد جمعت المزيد من الأدلة الجيولوجية التي أشارت إلى أن المجال المغناطيسي قد ضعف بشكل كبير، حيث تشير المعلومات الواردة في صخور عمرها 591 مليون سنة من موقع في جنوب البرازيل إلى أن المجال كان أضعف 30 مرة مما هو عليه اليوم.

لم يكن المجال المغناطيسي الضعيف دائماً على هذا النحو: فقد فحص الفريق صخورًا مماثلة من جنوب إفريقيا يعود تاريخها إلى أكثر من ملياري سنة ووجدوا أن المجال المغناطيسي للأرض كان في تلك المرحلة الزمنية قويًا كما هو اليوم.

وأوضح تاردونو أنه على عكس الآن، كان الجزء الأعمق من الأرض في ذلك الوقت سائلاً وليس صلباً، مما أثر على الطريقة التي تولد بها المجال المغناطيسي.

وقال: "على مدى مليارات السنين أصبحت هذه العملية أقل كفاءة".

"وبحلول الوقت الذي نصل فيه إلى العصر الإدياكاراني، يكون الحقل في آخر مراحله. إنه ينهار تقريبًا. ولكن لحسن حظنا بعد ذلك أصبح بارداً بما فيه الكفاية بحيث بدأ اللب الداخلي في التوليد (تقوية المجال المغناطيسي)."

ويرتبط ظهور الحياة المعقدة المبكرة التي كانت ستنتشر في قاع البحر في هذا الوقت بارتفاع مستويات الأكسجين. وقال تاردونو إن بعض الحيوانات يمكنها البقاء على قيد الحياة في مستويات منخفضة من الأكسجين، مثل الإسفنج والحيوانات المجهرية، لكن الحيوانات الأكبر حجماً ذات الأجسام الأكثر تعقيداً التي تتحرك تحتاج إلى المزيد من الأكسجين.

وتقليدياً، يُعزى ارتفاع الأكسجين خلال هذا الوقت إلى الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي مثل البكتيريا الزرقاء التي تنتج الأكسجين، مما يسمح له بالتراكم في الماء بشكل مطرد مع مرور الوقت، كما أوضح المؤلف المشارك في الدراسة شوهاي شياو، أستاذ علم الأحياء الأرضية في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا.

ومع ذلك، اقترح البحث الجديد فرضية بديلة، أو مكملة، تنطوي على زيادة فقدان الهيدروجين إلى الفضاء عندما يكون المجال المغناطيسي الأرضي ضعيفاً.

"يحمي الغلاف المغناطيسي الأرض من الرياح الشمسية، وبالتالي يحافظ على الغلاف الجوي للأرض. وبالتالي، فإن ضعف الغلاف المغناطيسي يعني أن الغازات الأخف وزناً مثل الهيدروجين ستفقد من الغلاف الجوي للأرض".

وقال تاردونو إن عمليات متعددة يمكن أن تحدث في وقت واحد.

"نحن لا نشك في أن واحدة أو أكثر من هذه العمليات كانت تحدث في وقت واحد. لكن المجال الضعيف ربما سمح للأكسجين بتجاوز عتبة ما، مما ساعد على (تطور) الإشعاع الحيواني"، قال تاردونو.

قال بيتر دريسكول، العالم في مختبر الأرض والكواكب في معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن العاصمة، إنه يتفق مع نتائج الدراسة حول ضعف المجال المغناطيسي للأرض، لكن الادعاء بأن المجال المغناطيسي الضعيف كان يمكن أن يؤثر على الأكسجين في الغلاف الجوي والتطور البيولوجي كان من الصعب تقييمه. لم يشارك في الدراسة.

وقال عبر البريد الإلكتروني: "من الصعب بالنسبة لي تقييم صحة هذا الادعاء لأن تأثير المجالات المغناطيسية الكوكبية على المناخ ليس مفهوماً جيداً".

قال تاردونو إن فرضيتهم "قوية"، لكن إثبات وجود صلة سببية قد يستغرق عقوداً من العمل الصعب نظراً لقلة ما هو معروف عن الحيوانات التي عاشت في ذلك الوقت.

كشف التحليل الجيولوجي أيضًا عن تفاصيل معبرة عن الجزء الأعمق من مركز الأرض.

فقد تراوحت التقديرات بشأن الوقت الذي ربما تكون فيه النواة الداخلية للكوكب قد تصلبت - عندما تبلور الحديد لأول مرة في مركز الكوكب - من 500 مليون إلى 2.5 مليار سنة مضت.

يشير البحث حول كثافة المجال المغناطيسي للأرض إلى أن عمر اللب الداخلي للأرض يقع في الطرف الأصغر من هذا المقياس الزمني، حيث تصلب بعد 565 مليون سنة مضت وسمح للدرع المغناطيسي للأرض بالارتداد.

وقال دريسكول: "يبدو أن الملاحظات تدعم الادعاء بأن اللب الداخلي قد تنوّى لأول مرة بعد هذا الوقت بفترة وجيزة، مما دفع الدينامو الأرضي (الآلية التي تخلق المجال المغناطيسي) من حالة ضعيفة وغير مستقرة إلى مجال قوي ثنائي القطب مستقر."

وقال تاردونو إن انتعاش قوة المجال بعد العصر الإدياكاراني، مع نمو النواة الداخلية، ربما كان مهماً في منع جفاف الأرض الغنية بالماء.

أما بالنسبة للحيوانات الغريبة في العصر الإدياكاراني، فقد اختفت جميعها بحلول العصر الكمبري التالي، عندما انفجر تنوع الحياة وتشكلت فروع شجرة الحياة المألوفة اليوم في وقت قصير نسبيًا.