圖源：冰河時代

　　作者 | 丁寶明 中國地質(zhì)大學(xué)

　　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(hù)。在漫長的地質(zhì)歷史中，地磁場其實(shí)并不“堅挺”，它的兩極會不斷反轉(zhuǎn)，引發(fā)磁場強(qiáng)度階段性地消減。在那個過程中，大氣還好嗎？地球生物怎么樣了呢？

　　最近，發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項研究，給出了參考：

　　在地磁場的翻轉(zhuǎn)過程中，由于磁場變?nèi)酰髿庵械某粞鯐p少，導(dǎo)致全球氣候劇變，推動物種滅絕。

　　這不由得讓人擔(dān)心，相同的悲劇會發(fā)生在我們身上嗎？畢竟，近年來，有關(guān)地磁場變?nèi)醯男侣剷r有傳出，對地磁場反轉(zhuǎn)的猜測甚囂塵上。

　　多次出現(xiàn)的地磁反轉(zhuǎn)

　　地磁場的兩極反轉(zhuǎn)在地質(zhì)史上并不罕見。自1906年，法國地球物理學(xué)家伯納德·布容首次發(fā)現(xiàn)，法國熔巖的磁化方向與當(dāng)前地磁場的方向相反，推測地磁場可能發(fā)生過逆轉(zhuǎn)，各國的地質(zhì)工作者在全球范圍內(nèi)做了大量古地磁測量和實(shí)驗。

　　迄今發(fā)現(xiàn)最早的地磁記錄在35~40億年前，說明地磁場在地球形成早期就已存在——地球的年齡約為45億年。在地磁場形成之后的漫長地質(zhì)年代里，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，每隔10~100萬年便會發(fā)生一次完全的地磁南北極倒轉(zhuǎn)，周期不固定。僅在過去的8300萬年中，地磁場就倒轉(zhuǎn)了183次，在整個地質(zhì)歷史時期，地磁場更是倒轉(zhuǎn)了上萬次。

　　地磁場倒轉(zhuǎn)（示意圖） |來自網(wǎng)絡(luò)

　　在發(fā)生極性倒轉(zhuǎn)的過程中，地磁場強(qiáng)度均存在變?nèi)醯默F(xiàn)象。距離今天人類最近的一次長時間地磁場倒轉(zhuǎn)發(fā)生在約78萬年前，持續(xù)了近2萬年，被稱為布容尼斯-松山倒轉(zhuǎn)。

　　不過，在整個地質(zhì)歷史中，并非所有的地磁倒轉(zhuǎn)都會持續(xù)上萬年。有時其方向雖然會發(fā)生很大的變化，甚至達(dá)到180度的完全轉(zhuǎn)向，類似極性倒轉(zhuǎn)那樣，但其持續(xù)時間較短，這類變化稱為地磁漂移（可理解為短時間內(nèi)的兩次倒轉(zhuǎn)）。例如4.1萬年前的Laschamps地磁倒轉(zhuǎn)事件，僅持續(xù)了大約1000年，其中地磁反轉(zhuǎn)的時間也僅有約250年。

　　古樹見證4.2萬年前磁場反轉(zhuǎn)事件

　　在本次研究中，科學(xué)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(guān)信息，首次將地磁場倒轉(zhuǎn)與當(dāng)時大規(guī)模的環(huán)境變化直接聯(lián)系起來，認(rèn)為在4200年到4100年前，地球磁極發(fā)生了短暫倒轉(zhuǎn)，并在地球上引發(fā)了一系列的環(huán)境危機(jī)，可能造成了當(dāng)時澳大利亞長毛猛犸象、巨型袋熊等一些列巨型哺乳動物的滅絕。

　　新西蘭貝殼杉是世界上最古老的樹之一，此次研究人員發(fā)現(xiàn)的這些古樹化石，曾生長于約4.2萬年前，并擁有1700年的年輪。通過對四棵古樹化石橫截面進(jìn)行碳-14同位素分析（測定放射性），并結(jié)合年輪數(shù)據(jù)，研究人員確認(rèn)地球磁極曾在4.1萬年前發(fā)生過短暫倒轉(zhuǎn)，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(xù)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(zhuǎn)期間的主要變化。

　　新西蘭貝殼杉（上）及化石（下） |來自網(wǎng)絡(luò)

　　研究人員認(rèn)為，地磁場保護(hù)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(jìn)入大氣層便會產(chǎn)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(dāng)時地磁場的變化。

　　研究小組發(fā)現(xiàn)，最強(qiáng)烈的地磁場減弱并非發(fā)生在實(shí)際的磁極逆轉(zhuǎn)期間，而是在發(fā)生磁極逆轉(zhuǎn)之前的幾百年里，大約為4.23萬~4.16萬年前。在實(shí)際磁極逆轉(zhuǎn)期間，地磁場的強(qiáng)度約為今天的28%。而在逆轉(zhuǎn)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(xiàn)象稱為“亞當(dāng)斯過渡性地磁事件”。

　　地磁場減弱會導(dǎo)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(jī)分析表明，進(jìn)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(chǎn)生，這些分子往往會消耗臭氧，這將降低平流層臭氧保護(hù)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(jù)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(rèn)為是一種古老的防曬霜，這可能是人類為了躲避越來越強(qiáng)烈的紫外線照射。

　　西班牙埃爾·卡斯蒂略山洞墻上約4.2萬年前的紅赭石手印 |來自網(wǎng)絡(luò)

　　消失的大型哺乳動物

　　那么“大滅絕”是怎么回事呢，此前有研究表明，在大約42000年前，澳大利亞大型動物曾發(fā)生過一系列滅絕，包括巨型袋鼠、長毛猛犸象等大型哺乳動物。當(dāng)時這些動物的滅絕究竟是氣候變化的責(zé)任更大，還是人類捕獵者的責(zé)任更大，科學(xué)家對此一直爭論不休。

　　此次研究發(fā)現(xiàn)，地磁場的減弱使得地球大氣發(fā)生變化，進(jìn)而影響到大氣中不同層對太陽光的吸收，導(dǎo)致大規(guī)模的氣候變化，使得當(dāng)時地球氣溫降低。研究人員利用來自貝殼杉樹記錄的精確的碳-14年代，研究了Laschamps磁極倒轉(zhuǎn)事件之前和期間的沉積物、花粉等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時從澳大利亞到安第斯山脈的一些地方出現(xiàn)了突然降溫。

　　同時研究人員對比分析了Laschamps磁極倒轉(zhuǎn)事件之前和期間能反映太陽活動變化的冰芯記錄。發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時的太陽活動處于最低水平。弱磁場和太陽輸出的減少同時作用，造成了當(dāng)時廣泛的氣候和環(huán)境變化，給當(dāng)時巨型動物種群帶來了壓力，導(dǎo)致了巨型動物之間以及巨型動物與人類之間的競爭加劇，最終造成了當(dāng)時這些大型動物的滅絕。

　　因此當(dāng)時氣候的變化造成這些動物滅絕的責(zé)任可能更大。

　　類似悲劇會重演嗎？

　　最近200年來，地磁強(qiáng)度一直在減弱，現(xiàn)今地磁場的強(qiáng)度較1840年已經(jīng)下降了10%（不間斷地磁記錄自1840年開始），平均每百年下降5%。2013年底，歐洲太空局發(fā)射了新一代地磁衛(wèi)星Swarm，觀測發(fā)現(xiàn)地磁強(qiáng)度正在加速下降，速度為以前測算的10倍。

　　磁北極（這里應(yīng)指北極磁極）移動示意圖 |來自網(wǎng)絡(luò)

　　同時科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，地磁北極的位置也在發(fā)生著變化。1831年首次實(shí)地確認(rèn)的時候，地磁北極位于加拿大近北極地區(qū)的布西亞半島，如今地磁北極已穿過國際日期變更線，進(jìn)入東半球，并向俄羅斯西伯利亞地區(qū)方向繼續(xù)移動。這是否預(yù)示著新一輪地磁倒轉(zhuǎn)即將發(fā)生？

　　雖然地質(zhì)歷史時期發(fā)生地磁倒轉(zhuǎn)時大都會伴隨地磁場強(qiáng)度下降，以及磁極的漂移，但這并不一定都會最終導(dǎo)致地磁倒轉(zhuǎn)，也可能是地磁場正常的波動。也許我們現(xiàn)在正處于新一次地磁倒轉(zhuǎn)的關(guān)口，也許不是，由于地磁場變化的極度不規(guī)律性，科學(xué)家并不能給出準(zhǔn)確的預(yù)言。

　　并且，在地磁場形成之后的漫長地質(zhì)年代里，地球磁極倒轉(zhuǎn)發(fā)生了上萬次，這些磁極逆轉(zhuǎn)事件是否對當(dāng)時的地球環(huán)境產(chǎn)生了巨大影響，還需要科學(xué)家不斷探索。比如78.1萬年前開始的長達(dá)2萬年的布容尼斯-松山倒轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)，可能會造成什么樣的長期環(huán)境破壞，這是一個更令人困惑的問題。

　　此次最新研究成果是第一個考慮“極端磁場變化是否對環(huán)境造成廣泛影響”的研究，成果的準(zhǔn)確性或許需要更多研究去驗證，但是它為研究人員提供了一種新的思路。古人云“以人為鑒，可以知得失；以史為鑒，可以知興衰”，在地質(zhì)研究中“將今論古”的思想被廣泛應(yīng)用，研究地質(zhì)歷史時期曾發(fā)生的事件，可以讓人們對于地球的演化歷史有更清晰的認(rèn)識，對于預(yù)見地球未來的變化同樣具有深遠(yuǎn)意義。

　　或許未來有一天人類真的能夠預(yù)測出下一次磁極逆轉(zhuǎn)的時間，以及可能發(fā)生的氣候變化，但是目前誰也無法預(yù)測未來相似的事件是否會重演，與其擔(dān)心連科學(xué)家都無法預(yù)知的未來，不如我們把握當(dāng)下，積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，共同守護(hù)地球這顆美麗的星球。

　　參考資料：

　　https://science.sciencemag.org/content/371/6531/811

　　https://www.sciencenews.org/article/earth-magnetic-field-reversal-mass-extinctions-environment-crisis