ตลอดระยะเวลา 540 ล้านปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์พบว่าความเข้มของสนามแม่เหล็กของโลกมีความสัมพันธ์กับความผันผวนกับปริมาณออกซิเจนภายในชั้นบรรยากาศโลก หากอิงตามผลการวิเคราะห์ที่เพิ่งเผยแพร่ใหม่นี้ จะพบว่ากระบวนการต่าง ๆ ในส่วนลึกของโลกอาจส่งผลต่อความสามารถในการอยู่อาศัยบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ และวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

สนามแม่เหล็กของโลกเกิดจากการไหลของหินหลอมเหลวในแก่นกลางของโลก ซึ่งการไหลนี้ประพฤติตัวเหมือนแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดยักษ์ กระบวนการนี้เรียกว่า Dynamo Effect การไหลของหินหลอมเหลวไม่ได้เป็นไปอย่างราบเรียบ หรือจะกล่าวก็คือข้างใต้ของโลกนั้นมีโครงสร้างมากมายที่ส่งผลต่อการไหลของหินหลอมเหลว ซึ่งสิ่งเหล่านี้ส่งผลให้สนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

ชั้นหินที่เรียงชั้นสลับซับซ้อน โดยลวดลายที่เรียงอยู่ในเนื้อหินนั้นเป็นตัวบันทึกเรื่องราวสภาพแวดล้อมของฟินในชั่วงเวลานั้นได้เป็นอย่างดี หินก้อนนี้อยู่ที่ New Mexico สหรัฐอเมริกา ภาพจาก James St. John .jpg

ตามทฤษฎีที่ใช้กันอยู่ในตอนนี้ สนามแม่เหล็กของโลกทำหน้าที่ปกป้องชั้นบรรยากาศของโลกไม่ให้ถูกกัดเซาะหรือพัดปลิวให้หลุดออกไป ในการศึกษาของงานวิจัยชิ้นล่าสุดจากนักวิทยาศาสตร์ NASA ที่ตีพิมพ์ลงในวารสาร Science Advances ก็ยังคงสนับสนุนทฤษฎีดังกล่าว แต่มองในมุมมองที่ลึกเข้าไปถึงช่วงเวลาต่าง ๆ ของประวัติศาสตร์โลกว่าปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศกับสนามแม่เหล็กนั้นสอดคล้องกันอย่างไร และมันถูกกำหนดทิศทางด้วยกระบวนการทางธรณีอย่างไรบ้าง

การศึกษานี้จะลงลึกไปที่หลักฐานในเนื้อหินโบราณที่บันทึกสภาพแวดล้อมในอดีตเอาไว้ นักวิทยาศาสตร์ศึกษาความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกในอดีตผ่านแร่เหล็กที่ฝังอยู่ในหินซึ่งเกิดจากแมกมาหรือลาวาจากภูเขาไฟระเบิด แร่เหล็กที่อยู่ภายในหินหลอมเหลวเหล่านี้จะชี้ทิศทางเดียวกับทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกในเวลานั้น และเมื่อหินหลอมเหลวเหล่านี้เย็นตัวลง มันจะคงสภาพทิศของสนามแม่เหล็กในช่วงเวลานั้นได้ถาวรหรือจนกว่าจะมีความร้อนสูงที่มาทำให้มันเกิดการเปลี่ยนทิศทางอีกครั้ง

ส่วนปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศสามารถคาดคะเนได้จากหินและแร่ธาตุโบราณ เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีของพวกมันขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่ในช่วงเวลาที่มันก่อตัว ฐานข้อมูลของทั้งสนามแม่เหล็กโลกและระดับออกซิเจนต่างก็มีข้อมูลในช่วงเวลาที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งถูกรวบรวมโดยนักธรณีฟิสิกส์และนักธรณีเคมีจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้ยังไม่มีใครเปรียบเทียบรายละเอียดของข้อมูลทั้งสองแบบจริงจังมาก่อน

“ข้อมูลทั้งสองชุดนี้คล้ายกันอย่างมาก” เว่ยเจีย ควัง (Weijia Kuang) นักธรณีฟิสิกส์จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของ NASA (NASA’s Goddard Space Flight Center) กล่าว “โลกเป็นดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่เรารู้ว่ามีสิ่งมีชีวิตซับซ้อน ความสัมพันธ์ที่เราพบอาจช่วยให้เราเข้าใจว่าชีวิตมีวิวัฒนาการอย่างไร และมันเชื่อมโยงกับกระบวนการภายในโลกอย่างไร”

ภาพวาดสนามแม่เหล็กของโลกที่ทำหน้าที่ปกป้องชั้นบรรยากาศของโลกไม่ให้หลุดลอยออกไปนอกอวกาศ ภาพจาก NASA

เมื่อควังและเพื่อนร่วมงานนำข้อมูลสองชุดนี้มาวิเคราะห์ พวกเขาพบว่า สนามแม่เหล็กของโลกมีรูปแบบการขึ้นลงที่คล้ายกับระดับออกซิเจนในบรรยากาศตลอดระยะเวลา 540 ล้านปี ตั้งแต่ช่วงการระเบิดของแคมเบียน (Cambrian Explosion) ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่สิ่งมีชีวิตซับซ้อนเริ่มปรากฏบนโลก

“ความสัมพันธ์นี้ทำให้เกิดความเป็นไปได้ว่าสนามแม่เหล็กและระดับออกซิเจนในชั้นบรรยากาศอาจตอบสนองต่อกระบวนการเดียวกัน เช่น การเคลื่อนที่ของทวีปต่าง ๆ บนโลก” เบนจามิน มิลส์ (Benjamin Mills) นักชีวธรณีเคมีจากมหาวิทยาลัยลีดส์ (University of Leeds) หนึ่งในผู้ร่วมวิจัยกล่าว

ทีมนักวิจัยตั้งเป้าที่จะศึกษาข้อมูลย้อนหลังที่นานกว่านี้ เพื่อดูว่าความสัมพันธ์ดังกล่าวจะสืบย้อนไปได้ไกลแค่ไหน และยังวางแผนที่จะตรวจสอบความเปลี่ยนแปลงในระดับของธาตุเคมีอื่น ๆ ที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต เช่น ไนโตรเจน เพื่อดูว่าเป็นไปตามรูปแบบความสัมพันธ์นี้เช่นกันหรือไม่ อย่างไรก็ตาม สำหรับสาเหตุเฉพาะที่เชื่อมโยงกระบวนการลึกลงไปในโลกเข้ากับสิ่งมีชีวิตบนพื้นผิว ยังต้องทำการวิจัยเรื่องราวเหล่านี้อีกมาก

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

NASA พบความเชื่อมโยงความเข้ม “สนามแม่เหล็กโลก” อาจเกี่ยวพันกับปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ