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南京大學教授李永祥團隊與美國羅切斯特大學教授John Tarduno、中國科學院南京地質古生物研究所研究員彭善池以及首都師范大學教授楊振宇等合作，對浙江江山碓邊寒武紀“金釘子”剖面開展了詳細的古地磁研究，獲得了晚寒武世大約4.95億年前的地磁極性變化記錄，發現寒武紀地磁場極端異常，并揭示地球內核生長演化。7月31日，相關成果在線發表于《自然-通訊》。
地磁場是宜居地球環境的重要保障，地磁場變化對地球生命起源和演化有著重要影響。地磁場起源于地球液態外核流體的運動（即磁發電機）, 已有至少35億年歷史。在地質歷史時期，長時間尺度上，地磁場相當于一個置于地心并與自轉軸平行的條形磁鐵所產生的偶極子場，即地心軸向偶極子場。
地球早期只有液態地核，通常認為，地球固態內核在新元古代晚期開始出現，之后繼續生長，體積逐漸增大，直至達到現代地球內核的尺寸。這一推斷的主要證據是，新元古代晚期地磁場極性頻繁倒轉，而且強度是現有記錄中最低的。這是由于固態內核初始形成時，地核結構發生了重大變化，從而擾動了磁發電機，導致地磁場失穩，表現為地磁極性頻繁倒轉和磁場強度減弱。但是，對于固態內核初始形成之后，地磁場如何由失穩狀態恢復到相對穩態的演化過程及其對新元古晚期-寒武紀生物演化的影響并不清楚。
該研究表明，寒武紀地磁場變化表現為極性高頻倒轉期、短暫反極性期、罕見異常期和極性穩定期。
對罕見異常期古地磁結果的進一步分析顯示，磁極發生了快速擺動，幅度可達~90°，持續時間為~8萬年。這說明磁極偏離了地球自轉軸，且偏離幅度巨大，達到接近赤道的極端狀態。這樣的磁極擺動特征與地球慣量主軸互換導致的真極移特征非常相似。真極移是由地球質量分布變化引起的整個地球固體外圈層相對于其內部發生旋轉的行為，即地球自轉軸發生了改變。但是，由于地幔黏度很大，大幅度的真極移不可能發生得很快。因此，該研究新發現的磁極擺動反映的應該是地磁場的極端異常行為，而不是真極移。
結合最近研究發現的早寒武世地磁場強度比新元古代晚期增強的現象，研究人員認為，地球固態內核在新元古代晚期初始形成后，逐漸生長增大，不過在寒武紀期間仍然較小，還沒有達到足以穩定磁發電機行為的規模，這使得寒武紀地磁場不穩定，表現為間斷式的地磁極性高頻倒轉和極端異常。
另外，前人研究認為早寒武世期間曾發生了幅度達~90°的真極移，即慣性互換型真極移, 并提出它是導致寒武紀生命大爆發的一個重要原因。最新研究結果則提示，以往認為的早寒武世慣性互換型真極移可能是假象，而反映的是寒武紀不穩定的地磁場。換言之，寒武紀早期地球自轉狀態穩定，早寒武世生命大爆發是環境-生物共演化的結果。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40309-7
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