古代地磁對生物的影響與現代研究

蘇洪海

摘 要 古代地磁場是地球上最原始的一種物理環境，作為生物較為重要的外界因素，在歷史的長河中，地球的磁場經歷了幾次大的轉變。自古地磁學創立以來，中外的物理學家即為之奮斗，中國科學院華光研究所（簡稱中科華光）就致力于國內的低弱磁場研究。本文闡述了近代對古地磁學的研究及低弱磁場對地球上生物的影響。

關鍵詞 地球磁場；古代地磁場；低弱磁場；中科華光；低弱磁場對生物影響

中圖分類號 P3 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0013-02

1 古代地磁場

巖石的磁性來源于巖石中的鐵磁性礦物，因此巖石在形成之初就具有一定的磁性。對巖石磁性的研究始于19世紀中葉，美國與法國的地質物理學家分別對巖石中存在的磁場方向進行了研究，發現這些近代熔巖是沿著地球磁場方向磁化的。1899年俄國科學家把這種研究擴展到測定陶器與磚的磁性，也得到了相關的結果。1925年德國與英國最先從熔巖中發現了磁化方向與現代地磁環境不同的磁場，為地球磁場倒轉學說提供了最早的事實依據。到了20世紀50年代，這種測量巖石及文物的磁性研究不僅在地質、地層學中得到了應用，還在人類文明歷史的演化及其規律中也得到了廣泛的運用，并發展成為地球物理學的一個新的重要分支——古地磁學。

古地磁學的出現，使得物力和考古學者們不僅可以從另一個方面研究地磁場的變化及地磁場對生物的影響，還可以進行巖石對比，研究不同領域的構造運動。

2 古地磁學的基本原理與獲取

2.1 巖石的古磁性

我們已經知道了巖石磁性的由來，在巖石形成后會經歷復雜的、頻繁的、長期的地質運動，現如今也會經歷人為的破壞。在各種外界因素影響下，巖石中的磁性一部分會變得混亂，一部分會消失，只有其中很少的一些會以形成之初的磁性保留下來，而保留下來的這些我們稱之為古代地磁形態。

2.2 地磁性的衰減

磁場的強度會隨時間的增加而逐漸遞減，衰減的速度是磁場穩定的主要指標之一，中國科學院華光研究所（簡稱中科華光）經過長期的監測、記錄、比對、分析研究出地球在誕生至今的1.5億多年中經歷過數次磁極翻轉，每次翻轉后磁場大規模衰減并且在現今的地球磁場也成逐年衰減的趨勢，而磁場的衰減會對生育產生一系列的影響。

2.3 低弱磁場的獲取和穩定性試驗

巖石中的古代地磁在形成時與古代磁場的磁向一致，磁場強度也與形成時的地磁場強度成正比，巖石中的天然磁性在經歷過歷史變遷后所保留下的部分古地磁由于衰減時間長，速度慢所以磁性相對穩定，基本不受以后地磁場的變化影響。

低弱磁場的獲取是分離巖石中磁性穩定的古代地磁與不穩定的雜亂磁場的方法。常用的方法有加熱、合成、化學、黏滯、碎屑化。

加熱法是用坩堝加熱樣品，直至樣品的溫度接近臨界溫度后將樣品放入屏蔽倉中，在屏蔽倉中的無磁場環境下自然冷卻。這樣衰減速率較快的磁性物質因外界環境的迅速改變失去磁性，其中相對穩定的古代地磁則因衰減時間長、速度慢、衰減速率小而得以保留。可見經過加熱法可將衰減快的磁性物質消磁，使樣品保留與分離出比較穩定的古代地磁場磁性。

3 低弱磁場對生物的影響

3.1 低弱磁場對地球環境的影響

眾所周知，地球的磁場在形成初期巖漿冷卻的時代就已成型，由宇宙自然的力量使地球成為了一個巨大的球狀磁體，兩磁極之間貫穿地球12 756km的直徑，磁力線蔓延整個地球表面，正因為有了地磁場的保護地球才有了孕育生命的資本。古代地磁場是地球上最原始的一種物理環境，在生物還未出現的時候，古地磁場就與地球的形成而同時形成，在億萬年的歷史長河中人們早已適應了這一環境，正如空氣的氣壓變化一樣，并未真正意識到實際存在的磁場。因地磁的演化是漫長而緩慢的，在現如今因為時間的流逝，現代地磁場早已與古代地磁場不同。達爾文的進化論指出，生物的形成、演化、進化是受到外界條件的限制與影響的。其中磁場是地球上生物最重要的生態條件之一，例如磁場對脫氧核糖核酸的影響，對人體脫氧核糖核酸酶的合成，對細胞、組織、器官以及生長的生物效應影響等。

當其他的行星撞擊地球時，由于外力的作用引起地球上磁場的改變以及由此導致的一系列變化，從而使恐龍這種大型遠古時期的生命體從地球上滅絕，即使在現代社會里地磁環境也對生物有著重要的影響，如候鳥就是因在進化時保留了體內可以感知地磁場的功能，使得它能借助磁場辨別方向。

3.2 低弱磁場對生命體的影響

無論生物的基本特征還是適應特征，完全是在作為磁體的地球總進化過程中形成，發展和鞏固下來的且周圍的磁場變化對生物發生強烈的影響，即所謂的磁場的生物學效應，對磁場的生物學效應的研究引起了國內外眾多科學工作者的關注，中國科學院華光研究所在國內率先開始對低弱磁場進行研究和實驗，填補了國內在低弱磁場研究和實驗方面的空白。在中科華光研究所的實驗室中人為創造的地磁場強度減小與地磁場消失的試驗中直接導致實驗白鼠死亡率及病死率的顯著增加與群體死亡。

中科華光的相關研究表明，弱磁場的生物效應因磁場施用方式不同而不同，如脈沖磁場能使細胞破碎，恒磁場能促進細胞生長，強磁場能抑制細胞分裂，此外磁生物效應的強弱和細胞種類、大小、運動速度以及細胞所處的不同時期均有關。例如在強大的磁場中，受到巨大的強磁作用，能使細胞膜破裂，破碎，加上細胞內部的震動，使細胞核震碎，細菌致死，達到殺菌的目的。

在一定的低弱磁場中還可增加人體細胞膜的通透性，降低血液粘稠度，保護血管彈性，促進血液循環，避免血栓的形成，因而對高血壓等疾病有一定的輔助作用。

磁場對生殖細胞的行為也有一定的影響，長期以來我國認為男女比例失調是由于傳統重男輕女觀念與生活條件的制約所導致的，而近期通過大量的調查研究表明，低磁強弱對新生兒男女比例更有影響，在高緯度地區強磁場環境下的地區女嬰比例較大，而低緯度處在弱磁場地區的男嬰出生率占比較大。

前蘇聯的學家在太陽磁暴活動最強烈的時候統計到由人眼球內壓增加造成青光眼的發病率陡然增大，這些都直接、間接地證明了地磁及其變化對生物健康及生命有直接影響。

4 結論

隨著科學技術的進步和發展，各國之間對科研與科學技術的通力合作與交流，以及各種國際性研究項目的開展，對古地磁的研究得到了蓬勃的發展，并取得了一些重大的成果。

我國對古地磁的研究也在中國科學院華光研究所的帶領下進入了科研與實踐階段，相信在不久的將來對股地球磁場的研究、分析與獲取定會取得飛躍的進展，定會為人類帶來科技的福音。

參考文獻

[1]管志寧.地磁場與磁力勘探[M].北京：地質出版社，2005.

[2]德里克·福特，保羅·威廉姆斯.巖溶水文地質與地貌學[M].北京：中國地質大學出版社，2015.

[3]克里斯·佩蘭特.巖石與礦物[M].谷祖綱，李桂蘭，譯.北京：中國友誼出版社，2007.

[4]陳颙，黃庭芳，劉恩儒.巖石物理學[M].北京：中國科學技術大學出版社，2009.

[5]阿瑟·格蒂斯.地理學與生活[M].北京：世界圖書出版公司北京公司，2013.