這種天災還無法預測：地磁最快反轉發現，僅約144年

原標題：這種天災還無法預測：地磁最快反轉發現，僅約144年

指南針是中國古代四大發明之一。如果你拿出一個可以自由轉動的磁體，那麼它最終會停在磁極指向南北兩極的位置。地磁場除了可以被用來確定方位，還在漫長的時光中保護著地球，防止太陽風和其他宇宙帶電粒子射線對地球的襲擊。由其他天體發射出的帶電粒子遇到地磁場將會改變原先的運動方向，這就防止了這些帶電粒子對大氣層造成傷害，因此使得阻擋紫外線的臭氧層不致消失。

然而，這個意義重大的地磁場，在歷史上曾出現多次偏轉和倒轉。但目前，科學家對地磁場為何出現偏轉和倒轉的原因仍未完全了解。

最近，由中國大陸、台灣以及澳大利亞的科學家組成的研究團隊，研究了 107000 年到 91000 年前形成的岩層，發現在人類近代歷史中，地磁場曾出現快速的反轉，僅約 144 年。相關研究成果最近發表在《美國科學院學報》（PNAS）上。這一成果顛覆了人們之前對磁極倒轉的認知，比目前已知最快的磁極倒轉快了 10 倍。

圖 | PNAS 最近刊登地磁場快速翻轉研究（來源：PNAS）

研究人員是對一塊石筍進行了分析，這個石筍是在中國貴州三星洞內形成的，被命名為「SX11」。SX11 大概有 1 米長，8 厘米粗，看起來像一根黃棕色的蠟燭。該石筍在十萬年前開始沉積，在接下來的一萬六千年，石筍上累積了一些含鐵的磁鐵礦，有效記錄了當時地球上的磁場信息。

研究團隊從中取了 194 個切片，標明了日期，並通過切片中殘留的鐵碎片測量了地磁方向。

圖 | 中國貴州三星洞內 SX11 石筍（來源：PNAS）

研究分析發現了若干個地磁極快速變化的證據，還發現其中在 98360 年前的一次地磁反轉事件，持續時間僅約 144 年（誤差範圍是 58 年），之後磁場又再次反轉回原狀態。

科學家表示，如果地磁場在如此短的時間軸（200 年）內，再次發生反轉的話，不知道會對人類帶來什麼樣的影響。他們對此感到擔憂，在文章里也寫到，「如果未來發生如此迅速的極性變化，有可能會嚴重影響衛星和人類社會。」

1906 年，法國地球物理學家 Bernard Brunhes 開創性地發現了地磁倒轉現象。當時，他發現火山岩的磁化方向與現今地磁場方向正好相反。據此，他推斷當時磁極北極應當在當前地理南極位置附近。二十年後，由日本地球物理學家松山基范進一步證實，地磁場其實相當不穩定，並沒有總是保持相同的方向指向。

然而我們仍對磁場變化的理解知之甚少。在過去的 8300 萬年中，地磁場曾有 183 次逆轉，然而頻率並不固定，且每次倒轉的周期並無規律可循。除了磁極倒轉，地磁場還會時不時的出現偏移，在偏移過程中，地磁南北極方向可能發生變化，且常還涉及到磁場的強度減弱。

目前，導致地磁偏移的原因尚不明朗。總的來說，因為地磁場是由地核導電流體的運動生成，因此這些導電流體在地核中運動的混亂會導致地磁倒轉。但一些學者認為，這一混亂是由地核液態金屬混沌運動自發形成；但另一些學者認為，地磁偏移和倒轉不是自發過程，而是由破壞地核流體運動的外部事件引發。

圖 | 造成這些極光的太陽帶電粒子可能損壞地球上的電網（來源：NASA）

在地質史上，短短一兩個世紀或許連一瞬間都稱不上，這遠遠超過了科學家的預想。據目前研究，我們還無法預測地磁場什麼時候會發生倒轉以及倒轉持續的時間。而地磁場倒轉會對現代人類嚴重依賴的電網和數字通訊技術帶來巨大影響。因此，這項研究讓一些人們十分擔憂。

太陽耀斑和太陽風等空間天氣事件發生時，高能粒子從太陽表面射出，並穿越太空向地球碰撞。即使目前地磁場穩定的時候，足夠強的太陽風也會引起無線電信號的混亂，甚至導致電網過載而損壞。就在 1989 年 3 月 13 日，異常巨大的太陽風暴刮向地球大氣層，曾造成加拿大 kuibe 魁北克省停電 9 小時。而早在 1859 年，美國電報線因太陽風事件發生短路，引發火災。

由於地磁場對地球的保護作用，人們理所當然地會擔心地磁南北極發生移位，帶來不利後果。因為假如沒有地磁場，從太陽發出的強大的帶電粒子流（通常叫太陽風），就不會受到地磁場的作用發生偏轉，而是直射地球，這樣就可能損害地球上的生命和通訊設施。地磁場猶如一個保護盾，保護著大家免於太陽風的傷害。

圖∣地球磁層與太陽（來源：NASA）

但這次發現也為研究人員提供了地磁場更多的信息。

Mika McKinnon 是一名地球物理學家，她並不是研究團隊的一員。她表示，研究報道中的地磁反轉非常快。站在一個科學家的角度，她對於該項研究感到興奮。她說，「在我出生之前，研究人員就一直在利用洞穴沉積物（比如石筍），來重構地磁反轉，但是這依然是一種罕見的技術，我總是為此著迷。」

McKinnon 指出有些因素（比如高溫）會導致地核退磁，研究人員也已經解釋了地磁快速反轉的證據。「時間會告訴我們，最新研究結果是否與之前的證據一致。」研究團隊的科學家提議，為了更好地了解地磁反轉的可能性，需要對早先地磁變化的研究進行更深入的工作。

正如我們之前的報道，地磁會快速反轉，但並不意味著它們一直都會這麼快。那我們應不應該為地磁反轉而擔心呢？

McKinnon 表示，現在我們並不清楚地磁反轉的後果。「我們知道磁場在變化時會減弱，下降 5% 或者更多。有些科學家認為它可能會完全瓦解。」但是，太陽風有可能導致新的磁場產生。它可能會損害我們的技術，但損害的並不是我們人類。因為並沒有確切的證據表明磁場反轉與大量消亡有關聯。

因此，對地磁反轉感到困惑、沮喪，或許並不值得。McKinnon 表示，「我將會堅持樂觀的看法，生活在一個磁場快速反轉的時代，會成為一個輝煌的時代，而不是奪命的時代。」

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編輯：戴青，maggie

參考：

http://www.pnas.org/content/early/2018/08/14/1720404115

https://gizmodo.com/evidence-shows-earths-magnetic-field-once-flipped-quick-1828587138

https://www.sciencealert.com/earth-geomagnetic-polarity-excursion-rapid-reversal-ancient-past

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