رازِ حیرت‌آور میدان مغناطیسی زمین و اکسیژن: ارتباطی که علم را مات کرده!
آیا می‌دانستید که بین میدان مغناطیسی زمین و میزان اکسیژن موجود در جو آن ارتباطی وجود دارد؟ این ارتباط چنان شگفت‌آور است که دانشمندان را به فکر فرو برده و آن‌ها را به دنبال یافتن توضیحی برای این پدیده سوق داده است. اگر شما هم به دنبال درک این راز هستید، با ما همراه باشید.
مطالعه‌ای جدید بر اساس داده‌های زمین‌شناسی نیم میلیارد سال گذشته نشان می‌دهد که به نظر می‌رسد قدرت میدان مغناطیسی زمین و میزان اکسیژن موجود در جو آن با یکدیگر رابطه‌ای مستقیم دارند.
توضیح این ارتباط می‌تواند به کشف روندهای اساسی در تکامل حیات روی زمین کمک کند و همچنین به ستاره‌شناسان نشان دهد که کجاها بهترین مکان‌ها برای یافتن نشانه‌هایی از حیات پیچیده در سیارات دیگر هستند. با این حال، هنوز مشخص نیست که آیا مغناطیس زمین نقش مستقیمی در حفظ سطح بالای اکسیژن و تداوم حیات جانوری دارد یا اینکه هر دو تحت تأثیر مکانیسم سومی هستند که هنوز شناسایی نشده است.
سرنخ‌های زمین‌شناسی
اکسیژن عنصر اصلی تشکیل‌دهنده پوسته و گوشته زمین است. اما اکسیژن مولکولی تنها پس از تکامل موجوداتی که از طریق فتوسنتز اکسیژن تولید می‌کنند، حدود ۲.۵ میلیارد سال پیش، به آرامی در جو زمین شروع به انباشته شدن کرد. تنها در دوره کنونی، یعنی حدود ۵۴۰ میلیون سال گذشته، غلظت اکسیژن به حدی رسیده است که برای تنفس بیشتر حیوانات مناسب باشد.
هیچ راه مستقیمی برای اندازه‌گیری ترکیب جو در گذشته‌های دور وجود ندارد، اما ژئوشیمی‌دانان می‌توانند از سرنخ‌های غیرمستقیم برای بازسازی سطوح اکسیژن از دوره کامبرین، که حدود ۵۴۰ میلیون سال پیش آغاز شد، استفاده کنند. به عنوان مثال، به گفته بنجامین میلز (Benjamin Mills)، بیوژئوشیمی‌دان دانشگاه لیدز در بریتانیا، غلظت اکسیژن “ارتباط نزدیکی با سهولت شروع و حفظ آتش‌سوزی‌های جنگلی دارد” و فراوانی آتش‌سوزی‌های بزرگ جنگلی را می‌توان با بررسی رسوبات زغال چوب باستانی و سایر عوامل تعیین کرد.
ژئوفیزیک‌دانان همچنین می‌توانند با مطالعه سنگ‌های تولید شده در اثر فوران‌های آتشفشانی باستانی، نحوه تغییر قدرت و جهت میدان ژئومغناطیسی را در طول دوره‌های طولانی‌تر تاریخ زمین بازسازی کنند. این امر به این دلیل است که بلورهای مغناطیسی که در گدازه‌های در حال انجماد تشکیل می‌شوند، خود را با میدان مغناطیسی هم‌راستا می‌کنند و مانند قطب‌نماهای کوچکی عمل می‌کنند که در زمان منجمد شده‌اند.
برای قرار دادن این دو مجموعه داده‌ی طولانی در کنار یکدیگر و مقایسه آن‌ها، میلز با ویجا کوانگ (Weijia Kuang) و راوی کوپاراپو (Ravi Kopparapu)، هر دو ژئوفیزیک‌دان در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا (NASA Goddard Space Flight Center) در گرین‌بلت، مریلند، و همچنین با جاشوا کریسانسن-تاتون (Joshua Krissansen-Totton)، متخصص زیست‌شناسی فرازمینی در دانشگاه واشنگتن در سیاتل، همکاری کرد. نویسندگان یک همبستگی قوی پیدا کردند: هم سطح اکسیژن و هم شدت میدان ژئومغناطیسی در یک میلیون سال گذشته افزایش یافته‌اند و برخی از اوج‌ها یا افت‌های بزرگ در هر دو معیار در دوره‌های زمین‌شناسی یکسانی رخ می‌دهند.
توضیحات احتمالی
در مقاله‌ای که در ۱۳ ژوئن ۲۰۲۵ در نشریه “Science Advances” منتشر شد، دلایل احتمالی این همبستگی مورد بحث قرار گرفته است. میدان مغناطیسی زمین به دلیل منحرف کردن بادهای خورشیدی (جریانی از ذرات باردار از خورشید که در غیر این صورت باعث فرار آهسته اکسیژن و سایر گازها به فضا می‌شود) اثر محافظتی بر جو فوقانی دارد. با این حال، این تیم محاسبه کرد که میزان از دست دادن اکسیژن ناشی از تضعیف شدید میدان، در مقایسه با مقادیر تولید شده توسط فتوسنتز یا مقادیر مصرف شده توسط سایر موجودات و چرخه‌های زمین‌شناسی که در آن عناصر بین جو، پوسته و گوشته مبادله می‌شوند، همچنان کم خواهد بود.
میلز می‌گوید: “ما لزوماً فکر نمی‌کنیم که میدان مغناطیسی به طور مستقیم بر چرخه‌ها تأثیر می‌گذارد، اما ممکن است نتیجه فرایندهای یکسانی باشد.” در طول صدها میلیون سال، حرکات تکتونیکی بارها ابرقاره‌ها را تشکیل داده و سپس آن‌ها را از هم گسسته است که منجر به آزاد شدن مقادیر زیادی مواد مغذی شده و به نوبه خود باعث شکوفایی گسترده جلبک‌های تولید کننده اکسیژن در اقیانوس‌های زمین شده است. حرکات تکتونیکی توسط چرخش آهسته گوشته زمین، یعنی ناحیه بین پوسته و هسته، هدایت می‌شوند. کوانگ می‌گوید که این چرخش می‌تواند بر هسته خارجی مایع، جایی که میدان ژئومغناطیسی تولید می‌شود، نیز تأثیر بگذارد.
میلز می‌گوید: “اگر مواردی مانند سرعت گسترش [پوسته اقیانوسی] بر میدان مغناطیسی تأثیر بگذارند، چرخه تکتونیکی می‌تواند باعث اکسیژن‌سازی و همچنین میدان مغناطیسی شود.”
سانجا پانوفسکا (Sanja Panovska)، ژئوفیزیک‌دان در مرکز علوم زمین هلمهولتز (Helmholtz Centre for Geoscience) در پوتسدام آلمان، می‌گوید که این مطالعه قانع‌کننده است، اما سوالات بیشتری را نسبت به پاسخ‌ها مطرح می‌کند. او می‌گوید: “نویسندگان فرضیه‌های زیادی را مطرح می‌کنند، اما آن‌ها در این مقاله مورد آزمایش قرار نمی‌گیرند.”
با این وجود، این کشف می‌تواند به یک بحث طولانی‌مدت در مورد اینکه آیا یک میدان مغناطیسی قوی برای تکامل حیات پیچیده در یک سیاره ضروری است یا خیر، دامن بزند. میلز می‌گوید: “مشاهده سیارات فراخورشیدی بسیار پرهزینه است و شما باید انتخاب کنید که کدام‌یک را مشاهده کنید. این نوع کارها به شما می‌گوید که به دنبال چه نوع مکان‌هایی باشید.”
این مقاله با اجازه بازنشر شده و اولین بار در ۱۳ ژوئن ۲۰۲۵ منتشر شده است.
این مقاله توسط داویده کاستل وکی (Davide Castelvecchi) و مجله نیچر (Nature magazine) به رشته تحریر درآمده است.
