科学探索：地磁场的两极反转，曾引发物种大灭绝？
丁宝明
我们的地球能够拥有温润的大气，很大程度仰赖于地磁场的保护。而在地质历史中，地磁场的两极会不断反转，引发磁场强度阶段性消减。最近发表在《科学》杂志上的一项研究推测：在地磁场的翻转过程中，由于磁场变弱，大气中的臭氧会减少，导致全球气候剧变，推动物种灭绝。
多次出现的地磁反转
地磁场的两极反转在地质史上并不罕见。1906年，法国地球物理学家伯纳德·布容首次发现，法国熔岩的磁化方向与当前地磁场的方向相反，推测地磁场可能发生过逆转。
地磁场在地球形成早期就已存在。在地磁场形成之后的漫长地质年代里，科学家发现，每隔10—100万年便会发生一次完全的地磁南北极倒转。
在发生极性倒转的过程中，地磁场强度均存在变弱的现象。距今最近的一次长时间地磁场倒转发生在约78万年前，持续了近2万年，被称为布容尼斯-松山倒转。
并非所有的地磁倒转都会持续上万年。有时其方向虽然会发生很大的变化，甚至达到180度的完全转向，类似极性倒转那样，但其持续时间较短，这类变化称为地磁漂移（可理解为短时间内的两次倒转）。
古树见证4万年前磁场反转
在本次研究中，科学家们利用新西兰湿地中留存的、生长于大约4.2万年前的古贝壳杉树中记录的相关信息，首次将地磁场倒转与当时大规模的环境变化直接联系起来，认为地球磁极曾发生了短暂倒转，并在地球上引发了一系列的环境危机，可能造成了当时澳大利亚长毛猛犸象、巨型袋熊等一系列巨型哺乳动物的灭绝。
通过对四棵古树化石横截面进行碳-14同位素分析，并结合年轮数据，研究人员确认地球磁极曾在4.1万年前发生过短暂倒转，即Laschamps磁极漂移事件，同时获得了一份能够精确测定年代，且具有连续1700年变化的大气放射性碳-14记录。
这一记录揭示了碳-14在Laschamps磁极漂移事件之前及磁极逆转期间的主要变化。
研究人员认为，地磁场保护着地球免受来自外太空的宇宙射线（高能带电粒子流，如来自太阳的带电粒子流）的攻击，随着地球磁场的减弱，越来越多的宇宙射线进入大气层便会产生更多的碳-14，这些碳-14会被吸收到树木组织中并被保留下来，因此碳-14的变化反映着当时地磁场的变化。
研究小组发现，最强烈的地磁场减弱并非发生在实际的磁极逆转期间，而是在发生磁极逆转之前的几百年里。在实际磁极逆转期间，地磁场的强度约为今天的28%。而在逆转之前的过渡期，磁场缩减到只有目前的6%左右，研究人员将这一现象称为“亚当斯过渡性地磁事件”。
地磁场减弱会导致大气中臭氧含量减少。研究人员模拟了减弱的磁场如何改变大气模式。计算机分析表明，进入大气的带电粒子等宇宙射线的增多，会增加大气中氢和氮氧化物的产生，这些分子往往会消耗臭氧，这将降低平流层臭氧保护地球居民免受紫外线辐射的能力。
臭氧层减少的另一个可能的证据是，在大约4.2万至4万年前，人类开始越来越多地使用洞穴，并且在洞穴壁画中留下了越来越多的红赭石手印，赭石被认为是一种古老的防晒霜，这可能是人类躲避越来越强烈的紫外线照射的方式。
类似悲剧会重演吗
最近200年来，地磁强度一直在减弱，现今地磁场的强度较1840年已经下降了10%，平均每百年下降5%。2013年底，欧洲太空局发射了新一代地磁卫星Swarm，观测发现地磁强度正在加速下降，速度为以前测算的10倍。
科学家发现，地磁北极的位置也在发生着变化。1831年首次实地确认时，地磁北极位于加拿大近北极地区的布西亚半岛，如今地磁北极已穿过国际日期变更线，进入东半球，并向俄罗斯西伯利亚地区方向继续移动。这是否预示着新一轮地磁倒转即将发生？
虽然地质历史时期发生地磁倒转时大都会伴随地磁场强度下降，以及磁极的漂移，但这并不一定都会最终导致地磁倒转，也可能是地磁场正常的波动。由于地磁场变化的极度不规律性，科学家并不能给出准确的预言。
并且，在地磁场形成之后的漫长地质年代里，地球磁极倒转发生了上万次，这些磁极逆转事件是否对当时的地球环境产生了巨大影响，还需要科学家不断探索。
（据“科普中国中央厨房”）
本文来自：科技日报



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