科學探索：地磁場的兩極反轉，曾引發物種大滅絕？
丁寶明
我們的地球能夠擁有溫潤的大氣，很大程度仰賴於地磁場的保護。而在地質曆史中，地磁場的兩極會不斷反轉，引發磁場強度階段性消減。最近發表在《科學》雜誌上的一項研究推測：在地磁場的翻轉過程中，由於磁場變弱，大氣中的臭氧會減少，導致全球氣候劇變，推動物種滅絕。
多次出現的地磁反轉
地磁場的兩極反轉在地質史上並不罕見。1906年，法國地球物理學家伯納德·布容首次發現，法國熔岩的磁化方向與當前地磁場的方向相反，推測地磁場可能發生過逆轉。
地磁場在地球形成早期就已存在。在地磁場形成之後的漫長地質年代裏，科學家發現，每隔10—100萬年便會發生一次完全的地磁南北極倒轉。
在發生極性倒轉的過程中，地磁場強度均存在變弱的現象。距今最近的一次長時間地磁場倒轉發生在約78萬年前，持續了近2萬年，被稱為布容尼斯-鬆山倒轉。
並非所有的地磁倒轉都會持續上萬年。有時其方向雖然會發生很大的變化，甚至達到180度的完全轉向，類似極性倒轉那樣，但其持續時間較短，這類變化稱為地磁漂移（可理解為短時間內的兩次倒轉）。
古樹見證4萬年前磁場反轉
在本次研究中，科學家們利用新西蘭濕地中留存的、生長於大約4.2萬年前的古貝殼杉樹中記錄的相關信息，首次將地磁場倒轉與當時大規模的環境變化直接聯係起來，認為地球磁極曾發生了短暫倒轉，並在地球上引發了一係列的環境危機，可能造成了當時澳大利亞長毛猛獁象、巨型袋熊等一係列巨型哺乳動物的滅絕。
通過對四棵古樹化石橫截麵進行碳-14同位素分析，並結合年輪數據，研究人員確認地球磁極曾在4.1萬年前發生過短暫倒轉，即Laschamps磁極漂移事件，同時獲得了一份能夠精確測定年代，且具有連續1700年變化的大氣放射性碳-14記錄。
這一記錄揭示了碳-14在Laschamps磁極漂移事件之前及磁極逆轉期間的主要變化。
研究人員認為，地磁場保護著地球免受來自外太空的宇宙射線（高能帶電粒子流，如來自太陽的帶電粒子流）的攻擊，隨著地球磁場的減弱，越來越多的宇宙射線進入大氣層便會產生更多的碳-14，這些碳-14會被吸收到樹木組織中並被保留下來，因此碳-14的變化反映著當時地磁場的變化。
研究小組發現，最強烈的地磁場減弱並非發生在實際的磁極逆轉期間，而是在發生磁極逆轉之前的幾百年裏。在實際磁極逆轉期間，地磁場的強度約為今天的28%。而在逆轉之前的過渡期，磁場縮減到隻有目前的6%左右，研究人員將這一現象稱為“亞當斯過渡性地磁事件”。
地磁場減弱會導致大氣中臭氧含量減少。研究人員模擬了減弱的磁場如何改變大氣模式。計算機分析表明，進入大氣的帶電粒子等宇宙射線的增多，會增加大氣中氫和氮氧化物的產生，這些分子往往會消耗臭氧，這將降低平流層臭氧保護地球居民免受紫外線輻射的能力。
臭氧層減少的另一個可能的證據是，在大約4.2萬至4萬年前，人類開始越來越多地使用洞穴，並且在洞穴壁畫中留下了越來越多的紅赭石手印，赭石被認為是一種古老的防曬霜，這可能是人類躲避越來越強烈的紫外線照射的方式。
類似悲劇會重演嗎
最近200年來，地磁強度一直在減弱，現今地磁場的強度較1840年已經下降了10%，平均每百年下降5%。2013年底，歐洲太空局發射了新一代地磁衛星Swarm，觀測發現地磁強度正在加速下降，速度為以前測算的10倍。
科學家發現，地磁北極的位置也在發生著變化。1831年首次實地確認時，地磁北極位於加拿大近北極地區的布西亞半島，如今地磁北極已穿過國際日期變更線，進入東半球，並向俄羅斯西伯利亞地區方向繼續移動。這是否預示著新一輪地磁倒轉即將發生？
雖然地質曆史時期發生地磁倒轉時大都會伴隨地磁場強度下降，以及磁極的漂移，但這並不一定都會最終導致地磁倒轉，也可能是地磁場正常的波動。由於地磁場變化的極度不規律性，科學家並不能給出準確的預言。
並且，在地磁場形成之後的漫長地質年代裏，地球磁極倒轉發生了上萬次，這些磁極逆轉事件是否對當時的地球環境產生了巨大影響，還需要科學家不斷探索。
（據“科普中國中央廚房”）
本文來自：科技日報



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