一直以來，從澳大利亞西部的杰克山崗的古老地表露頭中挖掘出的礦物，是地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的研究重點，因為它們似乎攜帶了能將地球磁場追溯到42億年前的信息。這個時間比更早的一些關(guān)于磁場起源的研究早了近10億年，它幾乎追溯到了地球本身的形成時間。

○ 杰克山崗位于澳大利亞西部，因具有眾多古老巖石而著名。| 圖片來源：Wikipedia

然而，盡管這樣一個地球磁場的起源故事聽起來很令人興奮，但一項新發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》的論文卻表示，研究人員在檢測了一種被稱為 鋯石 的晶體之后，得出了“ 地球磁場的起源仍然是一個謎 ”的結(jié)論。 這些鋯石是從相同的露頭巖層中開采出來的，但研究人員發(fā)現(xiàn)， 將這些鋯石作為研究古地磁學(xué)的依據(jù)是非常不可靠的 。換句話說，目前我們無法確定，地球磁場是否在早于35億年前的時間就已經(jīng)存在。

○ 一塊古老的鋯石晶體示例。| 圖片來源：John Valley/University of Wisconsin

論文的作者之一Caue Borlina表示，目前并沒有堅實的證據(jù)能證明磁場在35億年前就已經(jīng)存在，即使有這樣一個場的存在，也很難從杰克山崗的鋯石中找到相關(guān)的證據(jù)。

○ 2020年4月8日，刊登在《科學(xué)進(jìn)展》的一篇新論文表示，一直被用于古地磁學(xué)研究的來自澳大利亞的杰克山崗的鋯石，并不可靠。| 圖片來源：Science Advances

地球磁場被視為是地球之所以能成為一個宜居星球的重要原因。磁場不僅為我們的指南針確立了方向，還起到了屏障的作用——它能使太陽風(fēng)偏轉(zhuǎn)，從而阻止了太陽風(fēng)對大氣層的侵蝕。

科學(xué)家已經(jīng)知道，現(xiàn)在的地球磁場是由地球的液態(tài)鐵核的凝固所驅(qū)動的。鐵核的冷卻和結(jié)晶攪亂了周圍的液態(tài)鐵，產(chǎn)生了強(qiáng)大的電流，從而生成了能延伸到太空的磁場。這種磁場被稱為地球發(fā)電機(jī)。

○ 顯示了地球周圍磁場的藝術(shù)構(gòu)想圖。| 圖片來源：Greg Shirah & Tom Bridgman, NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

研究地球磁場的起源可以顯示地球最初的生命形式在形成時的早期條件。我們知道，生命出現(xiàn)在地球最初的10億年里，即介于44億年前和35億年前的那段時間里。因此，那段時間究竟有沒有磁場的存在，對地球上生命出現(xiàn)的環(huán)境具有不同的意義。

之前，有多項證據(jù)表明地球磁場已經(jīng)至少存在了35億年了。但與此同時，我們又認(rèn)為地球的核心是在10億年前開始凝固的，這意味著在10億年前就存在的地球磁場一定由其他機(jī)制驅(qū)動的。因此，準(zhǔn)確地確定地球磁場的形成時間，可以幫助科學(xué)家們更好地弄清楚到底是什么產(chǎn)生了磁場。

一直以來，科學(xué)家都喜歡用從古老巖石中采集的礦物來確定地球磁場在過去時間里的方向和強(qiáng)度。當(dāng)巖石形成并冷卻時，顆粒中的電子會朝著周圍磁場的方向向一方偏移。一旦巖石冷卻到一定的溫度（也就是所謂的居里溫度），電子的方向就確定下來了。科學(xué)家可以通過確定這些顆粒的年齡，并使用標(biāo)準(zhǔn)的磁力儀來測量這些電子的偏移方向，來估測在某一特定時間點地球磁場的強(qiáng)度和方向。

自2001年以來，麻省理工學(xué)院的行星科學(xué)教授Benjamin Weiss和他的團(tuán)隊就開始研究杰克山崗的巖石和鋯石顆粒的磁化強(qiáng)度，以求了解它們之中是否包含記錄了地球磁場的古老歷史的信息。

Weiss說：“杰克山崗的鋯石是古地磁學(xué)的研究史上研究過的磁性最弱的物體之一。此外，這些鋯石中包含了一些已知最古老的地球物質(zhì)，這意味著有許多地質(zhì)事件可能會重置它們的磁性記錄?！?/p>

2015年，羅徹斯特大學(xué)的一些研究人員在分析杰克山崗的鋯石時，在年代測定為42億年前的鋯石中發(fā)現(xiàn)了磁性材料。這成了首個表明地球磁場可能在35億年之前就已經(jīng)存在的證據(jù)。

○ 2015年，《科學(xué)》上所刊登的一篇論文表示，杰克山崗的一些鋯石記錄了40多億年前的磁性記錄。| 圖片來源：Science

新的論文指出，2015年的那項研究并沒有確定他們所檢測到的磁性物質(zhì)是在那些鋯石晶體形成期間就形成了的，還是是在鋯石晶體形成之后才形成。

在新研究中，Weiss等人從杰克山崗的巖石中采集了3754顆鋯石顆粒，每顆約長150微米，與人類頭發(fā)的粗細(xì)程度相當(dāng)。利用年代測定技術(shù)，他們測量了每顆鋯石顆粒的年齡，范圍在10億年到42億年不等。

其中，大約有250顆顆粒的年齡超過了35億年。研究人員篩選出這些“年邁”的顆粒，對它們進(jìn)行成像，試圖從這些樣本中尋找裂縫或者是次級材料的跡象，比如那些可能在鋯石晶體形成之后才沉寂在它們之上或者形成于它們內(nèi)部的礦物材料；與此同時，他們還在找尋能證明這些晶體在過去幾十億年中經(jīng)歷了明顯加熱的證據(jù)。在這250顆鋯石中，他們發(fā)現(xiàn)只有3顆鋯石是相對沒有這些雜質(zhì)的，因此它們可能含有較好的磁性記錄。

隨后，研究人員對這三顆鋯石顆粒進(jìn)行了詳細(xì)的實驗檢測，以確定它們可能含有何種磁性物質(zhì)。最終，他們確定了在其中兩顆鋯石顆粒中，存在一種名為磁鐵礦的磁性礦物。通過觀察這兩顆鋯石的截面，他們確定了磁鐵礦在鋯石顆粒中的所在位置。

他們是在鋯石的裂縫以及破損區(qū)域發(fā)現(xiàn)的磁鐵礦。這些裂縫可以讓水和其他元素進(jìn)入到巖石的內(nèi)部，并且可能讓次級磁鐵礦進(jìn)入到晶體中，而這些次級磁鐵礦“塵埃落定”于鋯石之中的時間，比這些鋯石最初的形成時間要晚得多。這表明，無論怎么看，這些鋯石都不能作為可靠的地球磁場記錄器。

這項研究表明，一直以來被科學(xué)家視為記錄了地球磁場歷史的鋯石顆粒是不值得信賴的。它也表明，科學(xué)家并不知道在早于35億年前的時間里，地球磁場是在何時以何種方式出現(xiàn)的。

這一結(jié)果讓一些研究古地磁學(xué)的科學(xué)家對杰克山崗的鋯石產(chǎn)生了極大的懷疑，因為它們顯然無法準(zhǔn)確記錄35億年前的古地磁強(qiáng)度。其實自2015年以來，這場關(guān)于鋯石的辯論就一直在古地磁學(xué)中激烈進(jìn)行。

Borlina表示，從某種意義上說，新的研究揭示了一個重要的結(jié)果，那就是它幫助研究人員排除了一個尋找答案的方向。與此同時，Weiss認(rèn)為盡管新的結(jié)果顯示了杰克山崗鋯石的不可靠性，但過去對這些鋯石的磁性分析仍然是非常有價值的，他說：“最初報告了鋯石磁性研究的團(tuán)隊在試圖攻克這個極具挑戰(zhàn)性的問題上值得眾人稱贊。他們和我們所展開的所有工作，讓我們現(xiàn)在更好地了解該如何研究古代地質(zhì)材料的磁性。我們現(xiàn)在可以開始將這一知識應(yīng)用到其他礦物顆粒和其他行星的顆粒上。”