地球磁場翻轉越來越頻繁

為什麼它會翻轉？

圖：Steele Hill/NASA

我們腳下的地球深處，地核中的液態鐵產生了我們早已習以為常的磁場。

但磁極卻時不時翻轉，北極變南極。而翻轉的原因一直是個謎。

但我們的新研究發現，地球磁場與古海床的數量之間存在著某種關聯。地球板塊通過一種名為俯衝的過程，下降到了熱韌性地幔的一層。

這一關聯不僅能讓我們了解在某一時間段內發生的磁極翻轉次數，還能讓我們了解地幔（地殼與地核之間）的移動速度。

這很重要，因為幾乎所有的地震、火山和山脈都形成於地幔運動，而來自地幔的熱羽流可能也是地球上曾發生的物種滅絕的原因。

如果我們能理解地幔的運動，就能更好地了解地球的地質現象。

地球板塊的墓地

板塊構造學說是地球「岩石圈」的科學理論。地球表面被分成了7個大板塊和許多小板塊。板塊是由大洋中心火山運動向外擴張而形成的，例如大西洋中脊。

一旦新的岩石圈從中心擴散開來，並在數百萬年內冷卻，那麼隨著時間的推移，它會變得越來越密集，最終在俯衝帶區域退回到熱地幔中。

雖然這時板塊從地球表面上消失了，但有地震學家稱，板塊消失的3億年後或許可以在地幔的深處找到某些冷卻了的「板塊」。

岩石圈的板塊向下延伸了幾千公里，在這個過程中取代了大量的固體地幔，形成了一個「板塊墓地」，正好位於密度更大的液態鐵地核之上。

這意味著板塊在下降了2890公里後，可能會在那裡影響到位於它們之下的地核中鐵液的運動。

但對於板塊從下沉到足以影響地核之間的時間，人們存在很大的分歧。估算的時間範圍從5000萬年到2.5億年不等。

地心磁活動的化石記錄

地球的磁場已經持續了數十億年，期間也經歷了多次的極性翻轉。

因為磁場在地球表面上的許多岩石中留下了磁化的化石痕迹，因此我們就有了一個關於地球磁場隨時間變化的「古地磁記錄」。

磁極翻轉的速度也存在很大變化，過去百萬年中的速度比前1億年更快。

而關於磁極變化的速度的規律，也仍然是一個巨大的謎團。

地球磁場是由一個將導電流體的運動轉化為電磁能量的發電機過程產生的。

這個過程理論上與發條火炬中使用的發電機相似。所以地核對於它自身向覆蓋在其上面的地幔傳遞熱量的速度是非常敏感的。

當俯衝的板塊到達下地幔時，它們會增加地核冷卻的速度，從而加速內部鐵液的運動。根據數值模型，這個運動應該會導致翻轉速率的增加。

這個意思是，板塊俯衝越多，磁場翻轉的幾率就會增大嗎？

若真是這樣，那麼我們就可以估算出板塊俯衝與磁場翻轉速度之間的時間。因為在俯衝足以影響到地核之前，板塊還需要下沉很長一段時間。

因此我們旨在測量板塊的下沉速度。為此，我們檢查了「俯衝通量」（下沉到地幔的板塊面積）和磁極翻轉速度的記錄。前者的數據涵蓋了過去4.1億年的全球板塊構造模型。

我們還利用了全球鋯石顆粒的年代數據，這種礦物出現在形成於俯衝板塊之上的火山岩中，它也可能會隨著俯衝通量的變化而變化。

在對俯衝通量、磁翻轉速度和鋯石年代的數據進行統計分析時，我們發現這些數據與板塊從地表俯衝到足以影響地核的1.2億年時間差之間有顯著的相關性。因此，地球的磁場的確很可能受到了岩石圈下沉板塊的影響。

這種相關性並不完美，即便完美，也不一定意味著上述的因素之間存在因果關係，因為可能存在一些潛在的混淆因素。但這個結果令人深受鼓舞，因為它與我們初期對地球如何運作的預期相符。並且還由此做出了一個獨特的預測：由於俯衝通量在過去的1.2億年里有所下降，因此預計在未來的1.2億年里，地球磁場翻轉的速度或也將有所下降。

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者 狗格格，轉載須授權

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！