איך ומתי נוצר השדה המגנטי של כדור הארץ?

עדויות מרמזות שהשדה המגנטי של כדור הארץ, המגן עליו מפגיעת עוצמתה המלאה של רוח השמש, התחיל לפעול לפני 3.45 מיליארד שנה, בערך בעת שהחלו החיים על כדור הארץ

השדה המגנטי היציב של כדור הארץ מגן על כוכב הלכת ועל תושביו ממלוא עוצמתה של רוח השמש, זרם של חלקיקים טעונים שבכוכבי לכת פחות מוגנים, כמו נוגה ומאדים, סילק את מאגרי המים והרס את האטמוספרות שלהם.

 

חשיפת לוח הזמנים להיווצרותו של השדה המגנטי הזה והמנגנון היוצר אותו, דינמו של נוזלים מוליכי חשמל בליבה החיצונית של כדור הארץ, יכולה לעזור להבין את ההיסטוריה המוקדמת של כוכב הלכת, ובכלל זה את ההשפעות ההדדיות של התהליכים הגאולוגיים, האטומוספריים והאסטרונומיים שעשו את העולם מתאים לחיים.

 

הגאופיזיקאי ג'ון א' טרדוּנוֹ מאוניברסיטת רוצ'סטר ועמיתיו ניסו לעשות זאת. הם הציגו ראיות לכך שבכדור הארץ פעל מנגנון דינמו שייצר שדה מגנטי כבר לפני 3.45 מיליארד שנה, רק כמיליארד שנה אחרי שכוכב הלכת נוצר.

 

הגנה מגנטית

המחקר החדש, שראה אור בגיליון ה-5 במארס של כתב העת Science, מקדים את ההתחלה המוכחת של השדה המגנטי בלפחות 200 מיליון שנה. קבוצת מחקר אחרת, הקרובה לראשונה, פרסמה ב-2007 עדויות דומות מסלעים מעט יותר צעירים שהעידו על שדה מגנטי יבשתי חזק לפני 3.2 מיליארד שנה.

 

טרדוּנוֹ וצוותו ניתחו סלעים מאזור קַפּוואל קְרַטוֹן, על יד הקצה הדרומי של אפריקה, שבו השתמר כמעט בלי שינוי קרום כדור הארץ מן הארכאיקון (תקופה שהחלה לפני כ-3.8 מיליארד שנה והסתיימה לפני 2.5 מיליארד שנה).

 

ב-2009 הם גילו שכמה סלעים עברו מיגנוט לפני 3.45 מיליארד שנה, כמעט במקביל לעדויות הראשונות לחיים על כדור הארץ, לפני 3.5 מיליארד שנה. אבל הם לא יכלו להוציא מכלל אפשרות שהגורם למיגנוט היה חיצוני, למשל פרץ רוח שמש.

 

לנוגה למשל, החסרה שדה מגנטי פנימי חזק, יש שדה חיצוני חלש שהשרתה רוח השמש באטמוספרה הצפופה של כוכב הלכת.

 

המחקר החדש בחן את חוזק השדה המגנטי הדרוש כדי למגנט את הסלעים בקפוואל וקבע שעוצמתו הגיעה ל-50% עד 70% מעוצמתו היום. זהו ערך גבוה בהרבה מן הצפוי לגבי שדה מגנטי חיצוני, כמו השדה החלש של נוגה. הדבר תומך בכך שדינמו כבר פעל אז בליבת כדור הארץ.

 

לאחר מכן חישבו החוקרים את יעילותו של השדה הזה בהרחקת רוח השמש ומצאו שהמגנטופוזה הארכאית הקדומה, האזור בחלל שבו פוגש השדה המגנטי את רוח השמש, הייתה לכל היותר במרחק של כ-30,000 קילומטרים מכדור הארץ.

 

היום הגבול הזה מצוי במרחק כפול, אבל הוא יכול להתקרב בתגובה להתפרצויות בעלות אנרגיה קיצונית בשמש. "התנאים היציבים לפני 3.5 מיליארד שנה דומים למה שאנו רואים היום בעת סופות שמש עזות במיוחד", אומר טרדונו.

 

מגנטופוזה קרובה כל כך לא הגנה לגמרי על כדור הארץ מפגיעת רוח השמש והוא איבד כנראה הרבה מן המים שלו בראשית ימיו מפני שחלקיקי רוח השמש מפרקים אותם.

 

בחיפוש אחר חיים 

בעת שמתגברים המאמצים למצוא כוכבי לכת דמויי כדור הארץ במערכות שמש אחרות, אומר טרדונו שכשבונים מודל החוזה את האפשרות שכוכב לכת מסוים יכול לתמוך בקיום חיים, חייבים להביא בחשבון את הקשר בין רוח השמש, האטמוספרה והשדה המגנטי. הוא מדגיש שהשפעתו של השדה המגנטי על מאזן המים של כוכב לכת חשובה במיוחד.

 

פיטר א' סלקין, גאולוג באוניברסיטת וושינגטון בטקומה, סבור שהתוצאות מרתקות וסבירות, אבל מעיר שעל אף שהסלעים בקפוואל קרטון קדמוניים, הם עברו שינויים מינרלוגיים קלים ושינויים בטמפרטורה במשך מיליארדי שנים.

 

"הם אינם בדיוק באותו מצב כפי שהיו בהתחלה", אומר סלקין. "אני סבור שעלינו לדעת עוד כמה דברים על המינרלים שטרדונו ועמיתיו השתמשו בהם במחקרם כדי לקבל את התוצאות באופן מלא".

 

דייוויד ג' דנלופ, גאופיזיקאי מאוניברסיטת טרונטו, משוכנע יותר ורואה במחקר "הדגמה קפדנית מאוד". לדעתו אפשר לקבוע את עוצמת השדה די בביטחון לתקופה שבין 3.4 ל-3.45 מיליארד שנה.

 

"יהיה מרתק לדחוף עוד יותר לאחור את הווילון המסתיר את ראשיתו של הגאו-דינמו, אבל הדבר אינו סביר" אומר דנלופ. אין עוד מקום אחר בעולם שבו הטבע היה כה אדיב ושימר נשאים קדמונים ובלתי פגועים של מגנטיות קדומה.

 

הכתבה התפרסמה בגיליון אוגוסט-ספטמבר של המגזין "סיינטיפיק אמריקן - ישראל" בהוצאת אורט.