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          地磁場的兩極反轉,曾引發物種大滅絕?

          2021年03月18日 10:03:26 來源:科普中國 作者:丁寶明

            我們的地球能夠擁有溫潤的大氣,很大程度仰賴于地磁場的保護。而在地質歷史中,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》雜志上的一項研究推測:在地磁場的翻轉過程中,由于磁場變弱,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并不罕見。1906年,法國地球物理學家伯納德·布容首次發現,法國熔巖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。在地磁場形成之后的漫長地質年代里,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-松山倒轉。

            并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、生長于大約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系起來,認為地球磁極曾發生了短暫倒轉,并在地球上引發了一系列的環境危機,可能造成了當時澳大利亞長毛猛犸象、巨型袋熊等一系列巨型哺乳動物的滅絕。

            通過對四棵古樹化石橫截面進行碳-14同位素分析,并結合年輪數據,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并被保留下來,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并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里。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,磁場縮減到只有目前的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,并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,地磁北極位于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,并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?

            雖然地質歷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,但這并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。由于地磁場變化的極度不規律性,科學家并不能給出準確的預言。

            并且,在地磁場形成之后的漫長地質年代里,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。

          (丁寶明)

          [編輯: 王航飛]
          (本文來源:科普中國)
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