從傑克山崗的古老地表露頭中挖掘出的礦物，是地質學領域的研究重點，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，幾乎追溯到了地球本身的形成時間。
傑克山崗位於澳大利亞西部，因具有眾多古老岩石而著名。| 圖片來源：Wikipedia
然而，儘管這樣一個地球磁場的起源故事聽起來很令人興奮，但一項新發表於《科學進展》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後，得出了“地球磁場的起源仍然是一個謎”的結論。這些鋯石是從相同的露頭岩層中開採出來的，但研究人員發現，將這些鋯石作為研究古地磁學的依據是非常不可靠的。換句話說，目前我們無法確定，地球磁場是否在早於35億年前的時間就已經存在。
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，目前並沒有堅實的證據能證明磁場在35億年前就已經存在，即使有這樣一個場的存在，也很難從傑克山崗的鋯石中找到相關的證據。
2020年4月8日，刊登在《科學進展》的一篇新論文表示，一直被用於古地磁學研究的來自澳大利亞的傑克山崗的鋯石，並不可靠。| 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——它能使太陽風偏轉，從而阻止了太陽風對大氣層的侵蝕。
科學家已經知道，現在的地球磁場是由地球的液態鐵核的凝固所驅動的。鐵核的冷卻和結晶攪亂了周圍的液態鐵，產生了強大的電流，從而生成了能延伸到太空的磁場。這種磁場被稱為地球發電機。
顯示了地球周圍磁場的藝術構想圖。| 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，生命出現在地球最初的10億年裡，即介於44億年前和35億年前的那段時間裡。因此，那段時間究竟有沒有磁場的存在，對地球上生命出現的環境具有不同的意義。
之前，有多項證據表明地球磁場已經至少存在了35億年了。但與此同時，我們又認為地球的核心是在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制驅動的。因此，準確地確定地球磁場的形成時間，可以幫助科學家們更好地弄清楚到底是什麼產生了磁場。
一直以來，科學家都喜歡用從古老岩石中採集的礦物來確定地球磁場在過去時間裡的方向和強度。當岩石形成並冷卻時，顆粒中的電子會朝著周圍磁場的方向向一方偏移。一旦岩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。科學家可以通過確定這些顆粒的年齡，並使用標準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度和方向。
自2001年以來，麻省理工學院的行星科學教授Benjamin Weiss和他的團隊就開始研究傑克山崗的岩石和鋯石顆粒的磁化強度，以求瞭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：“傑克山崗的鋯石是古地磁學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，這意味著有許多地質事件可能會重置它們的磁性記錄。”
2015年，羅徹斯特大學的一些研究人員在分析傑克山崗的鋯石時，在年代測定為42億年前的鋯石中發現了磁性材料。這成了首個表明地球磁場可能在35億年之前就已經存在的證據。
2015年，《科學》上所刊登的一篇論文表示，傑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年的那項研究並沒有確定他們所檢測到的磁性物質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後才形成。
在新研究中，Weiss等人從傑克山崗的岩石中採集了3754顆鋯石顆粒，每顆約長150微米，與人類頭髮的粗細程度相當。利用年代測定技術，他們測量了每顆鋯石顆粒的年齡，範圍在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後才沉寂在它們之上或者形成於它們內部的礦物材料；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歷了明顯加熱的證據。在這250顆鋯石中，他們發現只有3顆鋯石是相對沒有這些雜質的，因此它們可能含有較好的磁性記錄。
隨後，研究人員對這三顆鋯石顆粒進行了詳細的實驗檢測，以確定它們可能含有何種磁性物質。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域發現的磁鐵礦。這些裂縫可以讓水和其他元素進入到岩石的內部，並且可能讓次級磁鐵礦進入到晶體中，而這些次級磁鐵礦“塵埃落定”於鋯石之中的時間，比這些鋯石最初的形成時間要晚得多。這表明，無論怎麼看，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，科學家並不知道在早於35億年前的時間裡，地球磁場是在何時以何種方式出現的。
這一結果讓一些研究古地磁學的科學家對傑克山崗的鋯石產生了極大的懷疑，因為它們顯然無法準確記錄35億年前的古地磁強度。其實自2015年以來，這場關於鋯石的辯論就一直在古地磁學中激烈進行。
Borlina表示，從某種意義上說，新的研究揭示了一個重要的結果，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認為儘管新的結果顯示了傑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隊在試圖攻克這個極具挑戰性的問題上值得眾人稱讚。他們和我們所展開的所有工作，讓我們現在更好地瞭解該如何研究古代地質材料的磁性。我們現在可以開始將這一知識應用到其他礦物顆粒和其他行星的顆粒上。”
來源：原理
