磁極翻轉(zhuǎn)之謎

Sora

眾所周知，地球的磁場會(huì)以一種有些令人不安的規(guī)律翻轉(zhuǎn)方向：磁北極向南極切換，反之亦然。人們對推動(dòng)這種變化的過程知之甚少。科學(xué)家們已經(jīng)知道的是，最后一次逆轉(zhuǎn)發(fā)生在大約77.3萬年前，但在星球的核心究竟發(fā)生了什么，依然不為人所知。

然而，一項(xiàng)新研究可能有助于我們了解其根本原因。這項(xiàng)新研究表明，磁場逆轉(zhuǎn)所需的時(shí)間比我們想象的要長得多。這些發(fā)現(xiàn)將指出下一次翻轉(zhuǎn)對人類的可能影響。

漫長過程

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的布拉德·辛格和他的同事們，在發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》的論文中，計(jì)算出地球一次磁場逆轉(zhuǎn)大約需要2.2萬年。在以前的研究推算中，這種現(xiàn)象被認(rèn)為只會(huì)持續(xù)4000—9000年。

新的數(shù)字意味著，磁場轉(zhuǎn)換是一個(gè)比人們所想象的更加混亂的事件。辛格說：“我們的研究指出，地球磁場逆轉(zhuǎn)是一個(gè)更加漫長而復(fù)雜的過程。”

為了進(jìn)行計(jì)算，辛格的團(tuán)隊(duì)使用了一系列數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含有關(guān)地球先前磁極轉(zhuǎn)換的歷史信息—這一轉(zhuǎn)換被稱為布容尼斯-松山反轉(zhuǎn)。

其中一個(gè)證據(jù)是熔巖流，因?yàn)楫?dāng)熔巖硬化時(shí)，其中富含鐵的礦物會(huì)與行星磁場的方向一致，因此可以把它作為“時(shí)間膠囊”使用。研究人員檢查熔巖流中氬的同位素與它們的關(guān)系，并繪制出特定時(shí)間點(diǎn)磁場活動(dòng)的清晰圖像。

磁場弱化

研究結(jié)果表明，地球的磁偶極場在大約79.5萬年前開始崩潰，并經(jīng)歷了所謂的“偏移”。在偏移過程中，相較其原始強(qiáng)度，磁場強(qiáng)度降到了很低的水平，但不會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。最后一次變化—拉尚事件—發(fā)生在距今大約4.1萬年前。

在偏移或翻轉(zhuǎn)期間，磁場將會(huì)弱化，并允許更多的宇宙射線到達(dá)行星表面。

在78.4萬年前略微恢復(fù)之后，地球磁場再次坍塌，然后在1.1萬年后轉(zhuǎn)向，最終的極性逆轉(zhuǎn)過程持續(xù)了大約4000年。“熔巖流記錄顯示的是地球磁場達(dá)到最終反轉(zhuǎn)之前，礦物發(fā)生的幾次方向變化。”辛格說。

這些結(jié)果可能對地球的下一次磁性逆轉(zhuǎn)產(chǎn)生重要影響。一些科學(xué)家認(rèn)為，地球可能正在接近下一次翻轉(zhuǎn)。在偏移或翻轉(zhuǎn)期間，磁場將會(huì)弱化，并允許更多的宇宙射線到達(dá)行星表面。如果太多來自太空的高能粒子到達(dá)地面，它們可能會(huì)對地球上的生命造成破壞。

此外，軌道上的衛(wèi)星將不再擁有行星的磁場來保護(hù)其敏感電子設(shè)備，更容易受到宇宙射線的傷害。“如果偶極子消失了，保護(hù)我們免受宇宙射線粒子入侵的屏障也將消失。”歐洲環(huán)境地球科學(xué)研究與教學(xué)中心的昆汀·西蒙說，他并沒有參與這項(xiàng)研究。

爭議待定

通過確定磁極逆轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間，研究人員還有可能調(diào)查事件發(fā)生期間，地球核心所發(fā)生變化的細(xì)節(jié)。辛格說：“地球內(nèi)核是固態(tài)的。如果關(guān)閉液體外核中的磁場，固態(tài)內(nèi)核內(nèi)部的磁能需要數(shù)千年的時(shí)間才能消失。”

然而，并非每個(gè)人都同意辛格的發(fā)現(xiàn)。同樣在歐洲環(huán)境地球科學(xué)研究與教學(xué)中心工作的尼古拉斯·托韋尼表示，從海底采集的沉積物巖心中的證據(jù)表明，最短的磁極反轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間為8000年，而不是2.2萬年，并且熔巖流數(shù)據(jù)無法“提供可靠的時(shí)間序列”。

辛格針鋒相對地指出，熔巖流數(shù)據(jù)的可靠性已經(jīng)在其他觀測中得到證實(shí)。辛格認(rèn)為，托韋尼和他的同事們沒有考慮逆轉(zhuǎn)發(fā)生之前的現(xiàn)象。

未來將出現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)和分析，以及更完整的地球核心模型，這些應(yīng)該有助于解決磁極逆轉(zhuǎn)所需的確切時(shí)間問題，并讓我們更好地預(yù)測地球磁場下可能存在的東西。