五亿多年来，地球磁场与大气中的氧气水平同步升降，科学家们终于开始揭开其中缘由。一项由美国国家航空航天局主导的研究揭示出地球深层过程与地表生命之间的惊人联系，表明这颗行星内部翻滚的熔融物质可能正微妙地塑造着生命存续的条件。通过比对古地磁记录与大气数据，研究人员发现这两个看似无关的现象自寒武纪生命大爆发——也就是复杂生命首次繁盛之时——便已开始协同演化。这种引人入胜的联系暗示着可能存在某种单一的隐藏机制——或许正是大陆漂移——同时在调控着地球磁场强度与维系生命的空气构成。
地球磁场源于其内部熔融物质的对流，这种流动形成了一个巨大的电磁体。该流动并非完全稳定，因此导致磁场随时间发生变化。
许多科学家认为，磁场对于保护大气层免受来自太阳的高能粒子侵蚀至关重要。然而，正如《科学进展》这项研究作者所指出的，磁场在保护大气层方面的作用仍是一个活跃的研究领域。在探讨磁场与氧气水平之间复杂的因果关系之前，研究作者决定先考察地球磁场与大气层是否存在显示两者关联的波动模式。
地球磁场的历史记录保存在磁化矿物中。当随着板块扩张缝隙间岩浆上升的热矿物冷却时，它们能够记录周围的磁场。只要这些矿物未受到过度再次加热，就能保留这些磁场记录。科学家可以从古代岩石和矿物中推断历史氧气水平，因为其化学成分取决于形成时存在的氧气量。地球磁场和氧气数据在众多地球物理学家和地球化学家汇编的数据库中都跨越了可比的范围。这项新研究的作者指出，在此之前，还没有科学家对这些记录进行过详细比较。
"这两个数据集非常相似，"该研究的合著者、马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的地球物理学家隗伟嘉说。"地球是已知唯一支持复杂生命的行星。我们发现的这些关联可能有助于理解生命如何演化，以及它如何与行星内部过程相联系。"
隗伟嘉及其同事在分析这两个独立数据集时发现，近五亿年来，行星磁场与大气中的氧气遵循着相似的升降模式，这一时间可追溯至复杂生命在地球上出现的寒武纪大爆发时期。
"这种相关性提出了一种可能性，即磁场强度和大气氧水平可能都受同一种基本过程驱动，例如地球大陆的运动，"该研究的合著者、利兹大学的生物地球化学家本杰明·米尔斯说道。
研究人员希望研究更长时间尺度的数据，以探究这种相关性是否可追溯至更古老的时期。他们还计划调查我们所知的生命所必需的其他化学物质（如氮）的历史丰度，以确定它们是否也支持这些模式。至于将地球深部与地表生命联系起来的特定原因，科帕拉普表示："要弄清楚这一点，还有更多工作要做。"