Contoh formasi besi berpita berumur 3,7 miliar tahun yang ditemukan di bagian timur laut sabuk supracrustal Isua. Kredit: Claire Nicholls

Studi kolaboratif oleh Universitas Oxford Dan Institut Teknologi Massachusetts NASA telah mengungkapkan catatan medan magnet berusia 3,7 miliar tahun dari Greenland, yang menunjukkan bahwa medan magnet bumi pada zaman dahulu masih sama kuatnya dengan saat ini, sehingga sangat penting untuk melindungi kehidupan dengan melindungi dari radiasi kosmik dan matahari.

Sebuah studi baru telah menemukan catatan medan magnet bumi berusia 3,7 miliar tahun, dan menemukan bahwa medan magnet tersebut terlihat sangat mirip dengan medan magnet di sekitar Bumi saat ini. Hasilnya dipublikasikan hari ini (24 April) di jurnal Jurnal Penelitian Geofisika.

Tanpa medan magnet, kehidupan di Bumi tidak akan mungkin terjadi karena medan magnet melindungi kita dari radiasi kosmik berbahaya dan partikel bermuatan yang dipancarkan Matahari (“angin matahari”). Namun hingga saat ini, belum ada tanggal pasti kapan medan magnet modern pertama kali muncul.

Sampel diekstraksi di sepanjang transek untuk membandingkan perbedaan antara intrusi gunung berapi yang terjadi sejak 3,5 miliar tahun lalu, dan batuan di sekitarnya yang menurut para peneliti memiliki rekor medan magnet berusia 3,7 miliar tahun. Kredit: Claire Nicholls

Pemeriksaan batuan purba

Dalam studi baru tersebut, para peneliti meneliti rangkaian batuan kuno yang mengandung besi dari Isua, Greenland. Partikel besi secara efektif bertindak sebagai magnet kecil yang dapat mencatat kekuatan dan arah medan magnet saat proses kristalisasi menahannya. Para peneliti menemukan bahwa batuan yang berumur 3,7 miliar tahun lalu memiliki kekuatan medan magnet setidaknya 15 mikrotesla, dibandingkan dengan medan magnet modern (30 mikrotesla).

Hasil ini memberikan perkiraan paling awal tentang kekuatan medan magnet bumi yang diperoleh dari sampel batuan utuh, yang memberikan penilaian lebih akurat dan andal dibandingkan penelitian sebelumnya yang menggunakan kristal individu.

Rekan penulis studi, Athena Easter, berdiri di depan area luas Formasi Besi Berpita, deposit kaya zat besi tempat sinyal medan magnet kuno telah diekstraksi. Kredit: Claire Nicholls

Wawasan dari penelitian ini

Peneliti utama Profesor Claire Nicholls (Departemen Ilmu Bumi, Universitas Oxford) mengatakan: “Mengekstraksi catatan yang dapat diandalkan dari batuan pada usia ini sangatlah sulit, dan sangat menarik untuk melihat sinyal magnetik awal mulai muncul ketika kami menganalisis sampel ini di laboratorium.” . Ini adalah langkah maju yang sangat penting saat kami mencoba menentukan peran medan magnet purba ketika kehidupan pertama kali muncul di Bumi.

Meskipun kekuatan medan magnet tampaknya relatif konstan, angin matahari diketahui jauh lebih kuat di masa lalu. Hal ini menunjukkan bahwa perlindungan permukaan bumi dari angin matahari meningkat seiring berjalannya waktu, yang memungkinkan kehidupan berpindah ke benua dan meninggalkan perlindungan lautan.

Medan magnet bumi tercipta dengan mencampurkan besi cair di inti luar cair, digerakkan oleh gaya apung sementara inti dalam membeku, sehingga menciptakan dinamo. Selama awal pembentukan Bumi, inti dalam yang padat belum terbentuk, sehingga menimbulkan pertanyaan terbuka tentang bagaimana medan magnet awal dipertahankan. Temuan baru ini menunjukkan bahwa mekanisme yang menggerakkan dinamo awal Bumi sama efisiennya dengan proses pemadatan yang menghasilkan medan magnet Bumi saat ini.

Memahami bagaimana kekuatan medan magnet bumi berubah seiring waktu juga merupakan kunci untuk menentukan kapan inti padat bumi mulai terbentuk. Hal ini akan membantu kita memahami seberapa cepat panas keluar dari bagian dalam bumi, yang merupakan kunci untuk memahami proses seperti lempeng tektonik.

Efek geologi dan meteorologi

Salah satu tantangan besar dalam merekonstruksi medan magnet bumi sejauh ini adalah bahwa peristiwa apa pun yang menyebabkan batuan memanas dapat mengubah sinyal yang tersimpan. Batuan di kerak bumi seringkali memiliki sejarah geologi yang panjang dan kompleks sehingga menghapus informasi medan magnet masa lalu. Namun, Sabuk Supracrustal Isua memiliki geologi yang unik, karena terletak di atas kerak benua tebal yang melindunginya dari aktivitas tektonik dan deformasi yang meluas. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk membangun bukti jelas yang mendukung keberadaan medan magnet 3,7 miliar tahun yang lalu.

Hasil penelitian ini juga dapat memberikan wawasan baru mengenai peran medan magnet kita dalam membentuk evolusi atmosfer bumi seperti yang kita ketahui, khususnya mengenai kebocoran gas dari atmosfer. Fenomena yang saat ini belum dapat dijelaskan adalah hilangnya gas xenon yang tidak bereaksi dari atmosfer kita lebih dari 2,5 miliar tahun yang lalu. Xenon relatif berat, dan karena itu tidak mungkin hilang begitu saja dari atmosfer kita. Baru-baru ini, para ilmuwan mulai menyelidiki kemungkinan menghilangkan partikel xenon bermuatan dari atmosfer melalui medan magnet.

Di masa depan, para peneliti berharap dapat memperluas pengetahuan kita tentang medan magnet bumi sebelum oksigen muncul di atmosfer bumi sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu, dengan mempelajari rangkaian batuan purba lainnya di Kanada, Australia, dan Afrika Selatan. Pemahaman yang lebih baik tentang kekuatan kuno dan variabilitas medan magnet bumi akan membantu kita menentukan apakah medan magnet planet diperlukan untuk menampung kehidupan di permukaan planet dan perannya dalam evolusi atmosfer.

Referensi: “Kemungkinan Catatan Eoarchean mengenai Medan Geomagnetik yang Terlestarikan di Sabuk Supracrustal Isua, Greenland Barat Daya” oleh Clare I. O. Nicholls, Benjamin P. Weiss, Athena Easter, Craig R. Martin, Adam C. Maloof, Nigel M. Kelly, Mike J. Zawaski, Stephen J. Mojzis, E. Bruce Watson, dan Daniele J. Czerniak, 24 April 2024, Jurnal Penelitian Geofisika: Bumi Padat.
doi: 10.1029/2023JB027706