近日，海峽兩岸科學家聯(lián)手在著名學術(shù)期刊《美國科學院院刊》上發(fā)表了一篇論文，通過研究貴州三星洞內(nèi)的石筍。他們發(fā)現(xiàn)地磁的南、北極可快速倒轉(zhuǎn)。可能只需要一百多年。這可能會對地球生物圈、衛(wèi)星通訊設(shè)備等造成影響。

地磁倒轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)

在太陽系中，地球是一個非常特別的星球，她有一個全球性的磁場，所有地方磁極的指向都是相同的，有著共同的地磁南極和北極。

1600年，英國著名的物理學家吉爾伯特首次提出，地球本身就是一個巨大的磁鐵，有兩個磁極，并且正確指出地球內(nèi)部有一個鐵的內(nèi)核。不過，在隨后的數(shù)百年里，人們一直認為，地磁場，至少地磁的方向，是不變的。但后來發(fā)現(xiàn)，地磁場是非常不穩(wěn)定的，不管是方向還是強度。

和其他重大的地質(zhì)學發(fā)現(xiàn)一樣，人類對地磁倒轉(zhuǎn)最初的認識來源于對巖石的研究。在地球的巖石中，或多或少都會含有一部分的鐵。在巖漿巖中，當高于某一特定溫度時，里面磁性元素鐵的磁場會在地磁的作用下定向排列;當冷卻低于這一溫度時，巖石就不再受地磁的影響，從而記錄下當時地磁場的方向。

在1906年，法國地球物理學家布容在研究法國中南部火山區(qū)熔巖及其下面的黏土沉積物的時候，發(fā)現(xiàn)巖石記錄的磁極和現(xiàn)在的地磁極是相反的，從而推測地球的磁場可能發(fā)生過倒轉(zhuǎn)。在上世紀20年代，日本地質(zhì)學家松山對日本、朝鮮和中國東北的玄武巖進行了大規(guī)模的磁性調(diào)查，系統(tǒng)地研究了地磁倒轉(zhuǎn)的問題。

直到1950年代，隨著地質(zhì)年代學的發(fā)展，科學家才逐漸意識到地磁倒轉(zhuǎn)是一個全球性的問題，并開始著手運用地磁學解決諸多地質(zhì)學的問題。比如，在大洋底的玄武巖中發(fā)現(xiàn)了對稱的磁異常條帶，這是因為從地球深處不斷上涌的巖漿向兩側(cè)擴展，記錄下了當時的古地磁方向，這種條帶成為海底擴張的直接證據(jù)。

未解之謎——地磁場倒轉(zhuǎn)

地磁學的研究在解釋地球構(gòu)造方面取得了巨大的成功，但是地磁場為什么會倒轉(zhuǎn)？到目前為止，這個問題并沒有一個讓人滿意的答案。

在過去的8300萬年中，地磁場共倒轉(zhuǎn)了183次，而且沒有明顯的規(guī)律，有時候100萬年可以倒轉(zhuǎn)五六次，有時候可能只有一次。在恐龍繁盛的白堊紀（侏羅紀后），地磁場穩(wěn)定了4000萬年沒有發(fā)生倒轉(zhuǎn)，這段時間地磁場的方向和今天是一樣的，是迄今為止地層記錄中持續(xù)最長的地磁穩(wěn)定期。最近的一次倒轉(zhuǎn)發(fā)生在78萬年以前，并保持至今。

地磁場的產(chǎn)生以及倒轉(zhuǎn)可能和地核的狀態(tài)以及運動有關(guān)。地核的深度為2900公里，又可以分為外殼和內(nèi)核，其中外核為液體，內(nèi)核為固態(tài)。地核的主要組成為鐵和鎳，另外還有硅、硫等元素，溫度在5000攝氏度以上?，F(xiàn)在一種比較流行的觀點認為，地磁場起源于地核的運動。由于地核極度的高溫和液態(tài)的存在形式，外核物質(zhì)與熱量的對流十分普遍。鐵是一種磁性金屬，其對流可以造成磁場與電流的相互激發(fā)，形成穩(wěn)定的全球性磁場。這被稱為地球發(fā)電機模型。

雖然地磁場產(chǎn)生的具體原因尚有待進一步研究，但比較確定的是肯定和液態(tài)的地核有關(guān)。和地球十分類似的月球和火星，由于體積較小、冷卻快，地核已完全固化，因而沒有全球性的磁場存在。

實驗室理論模擬結(jié)果表明，地核的運動是不規(guī)律的，產(chǎn)生的磁場會隨機轉(zhuǎn)向。但是，這種實驗室的模擬結(jié)果，是否適用于自然狀態(tài)，仍有待驗證。

很久之前就有人預(yù)言，現(xiàn)在地磁場正在減弱，我們也許處在地磁倒轉(zhuǎn)的關(guān)口。

地球磁極的變動，并不是一瞬間的事情，一般會持續(xù)數(shù)千年或數(shù)百年的時間。本次海峽兩岸科學家的研究結(jié)果甚至說明，地磁場可以在一百多年的時間內(nèi)完全轉(zhuǎn)向。根據(jù)對地球上歷次古地磁倒轉(zhuǎn)的研究結(jié)果，在地磁場倒轉(zhuǎn)期間，會有兩種現(xiàn)象，一個是地磁極的快速移動，另一個是地磁場強度的減弱。

研究表明，地磁的北極100余年間向北移動了15°（緯度）還要多，地磁南極也移動了近5°不僅如此，現(xiàn)今地磁場的強度也在不斷減弱。自1932年德國著名數(shù)學家高斯第一次記錄地磁場強度以來，到目前磁場強度已經(jīng)下降了大約10%。歷史上在地磁倒轉(zhuǎn)期間，地磁場的強度最大可能會下降到現(xiàn)在的5%左右。

歷史上各次地磁倒轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，也可能只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。畢竟，這是至少幾十萬年才會發(fā)生一次的事，并沒有規(guī)律可循。

地磁極倒轉(zhuǎn)并不意味著對生物造成毀滅性的打擊。不過，失去地磁場的保護，來自外太空的高能射線可以直接影響衛(wèi)星，造成通訊中斷，或者造成電力設(shè)備損壞或停電，就像太陽黑子爆發(fā)的磁暴。也會有好處，比如低緯度地區(qū)也可以看到漂亮的極光。