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地磁逆转是地球太“任性”?

2019-02-25 09:21来源:科技日报

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  据《自然》网站近日报道,受到地核内液态铁的运动影响,地磁北极正不断从加拿大向西伯利亚偏移,而且移动速度非常之快。地磁北极的快速移动迫使科学家不得不紧急更新世界地磁场模型,近日,新模型已经更新完成。

  有人说,地球核心磁场似乎在减弱,这可能是地球磁场即将逆转的一个信号。也有国际研究小组表示,地磁场变化的现象被夸大了太多,现在说磁极逆转为时尚早。之所以会出现这样的分歧是因为人类关于地球磁场依然存在着许多未知。

  地球磁场因何出现 许多假说解释成因

  地球的磁场向太空绵延58000公里,它保护了我们不受宇宙射线的侵袭,也阻止了生物赖以生存的大气层不被太阳风等“吹跑”,早在17世纪初,人们就已经知道地球上存在着巨大的磁场,也很早就开始利用磁场,中国古代发明的指南针就是其中一例。

  但是地球为什么会有磁场?科学家们曾经提出过许多假说,试图解释地球磁场的产生。有人认为地球内部有一个巨大永磁体导致地球磁场产生;有人认为地球内部有巨大的电流而导致强大电磁场形成;还有人认为,是地球内部放射性物质所产生的热量造成地球内部温差从而产生了电流并形成磁场;除此之外,关于地球磁场的学说还有旋磁效应、霍尔效应、电磁感应等。但以上这些假说,没有一种能够充分解释地球磁场的存在。

  20世纪40年代发展起来的“发电机理论”由于可以大致解释地球磁场各种已知特点,在观察实验和理论研究中都取得了较多证据,因此渐成主流。该理论认为,地球内部液态的铁流体在最初的微弱磁场中运动,像磁流体发电机一样产生电流,电流的磁场又使原来的弱磁场增强,磁场增加到一定程度就稳定下来,形成了现在的地磁场。

  地磁并非一成不变 而是不停发生位移

  然而,地球的磁场不是一成不变的。磁场的强度、地磁偏角、磁极的位置等,都会发生变化。以地磁北极的位置为例,1831年首次实地确认的时候,地磁北极位于加拿大近北极地区的布西亚半岛;1903年也还在不远处;1947年已经移到了加拿大威尔士亲王岛,之后继续一路向北;20世纪90年代中期,地磁北极迁移突然开始加速,从之前的每年15公里,“飙”到了现在的每年55公里,相当于每天前进150米;2001年地磁北极离开大陆,进入到了北冰洋;2018年穿越了国际日期变更线,进入到了东半球,向着俄罗斯西伯利亚地区的方向“全速冲刺”……

  “发电机理论”认为,最近的地磁北极的快速迁移的原因是“位于加拿大地区下面的高速液铁射流”。这股喷射出来的液态铁流体,让加拿大附近的磁场变弱,从而使得地磁北极向着磁场更强的俄罗斯西伯利亚地区移动。科学家认为,地磁北极的位置,可能是由北极附近两块大的磁场的相互强弱决定的:加拿大磁场弱了,西伯利亚就会把地磁北极“抢”过去。现在加拿大磁场越来越弱,地磁北极也就一路狂奔投入俄罗斯的怀抱。

  历史上曾多次逆转 逆转原因尚无定论

  “目前科学界普遍认为,在磁极逆转过程中,地球磁场减弱到全部磁性的10%左右,磁场方向发生近180度的转变,磁性随即沿逆转后的方向再度加强。但这一过程究竟需要多长时间一直无法确定。”中国科技大学地球和空间科学学院刘睿教授告诉科技日报记者。

  早在1906年,B·布伦赫斯就发现法国熔岩的磁化方向与现在地磁场方向相反,初步推测地磁场可能发生过逆转。1929年,M·松山根据日本、朝鲜等新生代熔岩的研究结果,首先提出了第四纪早期地磁场发生过逆转。这是距离我们最近的一次大逆转,发生在78万年前,这次地磁逆转,用了2万年时间构建成今天的磁场。

  因为磁场在地球表面形成的许多岩石中都留下了化石磁化,所以我们可以根据岩石中的磁化方向判断当时的地球磁场方向。上世纪50年代,岩石的反向磁化(即岩石的磁化方向与现在地磁场方向相反)出现在世界很多地区,各国做了大量古地磁测量和实验,发现在全球范围内,同一年龄的岩石,不论其类型如何,按其剩余磁化方向所计算出的地磁极性是相同的。这些事实进一步说明,全球性的岩石反向磁化是地磁场逆转的结果。

  在地球漫长的历史中曾出现多次磁极逆转的现象。科学家们发现大约8000万年内发生了上百次地磁逆转,并且逆转周期没有规律性,有时几十万年逆转一次,有时上百万年才逆转一次。

  而且这些逆转发生的速率有很大的变化。在过去的百万年中,它们的速度比前1亿年快。为什么极性变化速率如此,这仍然是一个巨大的谜团。

  此外,关于磁极逆转的原因,到现在也还无定论,占主流的有以下3种假说:第一种,认为磁极倒转是因为地球处在银河系这个大磁场中,地球磁极的逆转是根据银河的磁极逆转转变的;第二种,认为地球内部的物质不断发生碰撞,碰撞的结果使地球内部的磁场不断地调整、变化;第三种,认为陨石撞击地球致使磁场发生了转变。不过无论什么说法现在都是猜想,人类对地球、对宇宙的探索还将继续。

  地磁逆转将有何影响 或不会造成生命劫难

  那么地磁倒转后人类会怎样?

  虽然一些末日论者认为地磁两极的逆转意味着地球生命的终结,但是上一次经历一个完整的磁极翻转时,地球依然是郁郁葱葱、充满生机。通过研究那个时代的化石,科学家们认为地磁逆转对生命并没有灾难性的影响。

  专家指出,地磁逆转除了需要重新设定地球上所有的指南针外,地球两极逆转过程中一旦地球磁场消失,太阳辐射等宇宙射线将会猛击地球大气层,并强烈冲击电离层,可能引起电离层暴,对无线电通信、在轨卫星、航天设备造成损害。对地球生物最直接的影响就是靠磁导航的生物如鸽子等会迷失方向,也可能会引起一些生物的生理紊乱。当然,科学家们并不能非常确切地预知地磁逆转对当今人类世界的影响,甚至还不能准确预测下一次地磁逆转发生的时间,但大多数科学家都认为不用太过担心,除非人类已经到了一刻也离不开电子设备的地步。(吴长锋)

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