地磁场强度（中国地磁场强度查询）
一项新研究发现 ， 42000年前的一次磁场反转 ， 曾引发全球气候剧变 ， 推动巨型袋鼠、长毛猛犸象等大型哺乳动物的灭绝 。
图源：冰河时代
作者 | 丁宝明 中国地质大学
我们的地球能够拥有温润的大气 ， 很大程度仰赖于地磁场的保护 。在漫长的地质历史中 ， 地磁场其实并不“坚挺” ， 它的两极会不断反转 ， 引发磁场强度阶段性地消减 。在那个过程中 ， 大气还好吗？地球生物怎么样了呢？
最近 ， 发表在《科学》杂志上的一项研究 ， 给出了参考：
在地磁场的翻转过程中 ， 由于磁场变弱 ， 大气中的臭氧会减少 ， 导致全球气候剧变 ， 推动物种灭绝 。
这不由得让人担心 ， 相同的悲剧会发生在我们身上吗？毕竟 ， 近年来 ， 有关地磁场变弱的新闻时有传出 ， 对地磁场反转的猜测甚嚣尘上 。
多次出现的地磁反转
地磁场的两极反转在地质史上并不罕见 。自1906年 ， 法国地球物理学家伯纳德·布容首次发现 ， 法国熔岩的磁化方向与当前地磁场的方向相反 ， 推测地磁场可能发生过逆转 ， 各国的地质工作者在全球范围内做了大量古地磁测量和实验 。
迄今发现最早的地磁记录在35~40亿年前 ， 说明地磁场在地球形成早期就已存在——地球的年龄约为45亿年 。在地磁场形成之后的漫长地质年代里 ， 科学家发现 ， 每隔10~100万年便会发生一次完全的地磁南北极倒转 ， 周期不固定 。仅在过去的8300万年中 ， 地磁场就倒转了183次 ， 在整个地质历史时期 ， 地磁场更是倒转了上万次 。
地磁场倒转（示意图） |来自网络
在发生极性倒转的过程中 ， 地磁场强度均存在变弱的现象 。距离今天人类最近的一次长时间地磁场倒转发生在约78万年前 ， 持续了近2万年 ， 被称为布容尼斯-松山倒转 。
不过 ， 在整个地质历史中 ， 并非所有的地磁倒转都会持续上万年 。有时其方向虽然会发生很大的变化 ， 甚至达到180度的完全转向 ， 类似极性倒转那样 ， 但其持续时间较短 ， 这类变化称为地磁漂移（可理解为短时间内的两次倒转） 。例如4.1万年前的Laschamps地磁倒转事件 ， 仅持续了大约1000年 ， 其中地磁反转的时间也仅有约250年 。
古树见证4.2万年前磁场反转事件
在本次研究中 ， 科学家们利用新西兰湿地中留存的、生长于大约4.2万年前的古贝壳杉树中记录的相关信息 ， 首次将地磁场倒转与当时大规模的环境变化直接联系起来 ， 认为在4200年到4100年前 ， 地球磁极发生了短暂倒转 ， 并在地球上引发了一系列的环境危机 ， 可能造成了当时澳大利亚长毛猛犸象、巨型袋熊等一些列巨型哺乳动物的灭绝 。
新西兰贝壳杉是世界上最古老的树之一 ， 此次研究人员发现的这些古树化石 ， 曾生长于约4.2万年前 ， 并拥有1700年的年轮 。通过对四棵古树化石横截面进行碳-14同位素分析（测定放射性） ， 并结合年轮数据 ， 研究人员确认地球磁极曾在4.1万年前发生过短暂倒转 ， 即Laschamps磁极漂移事件 ， 同时获得了一份能够精确测定年代 ， 且具有连续1700年变化的大气放射性碳-14记录 。
这一记录揭示了碳-14在Laschamps磁极漂移事件之前、及磁极逆转期间的主要变化 。
新西兰贝壳杉（上）及化石（下） |来自网络
【地磁场强度 中国地磁场强度查询】研究人员认为 ， 地磁场保护着地球免受来自外太空的宇宙射线（高能带电粒子流 ， 如来自太阳的带电粒子流）的攻击 ， 随着地球磁场的减弱 ， 越来越多的宇宙射线进入大气层便会产生更多的碳-14 ， 这些碳-14会被吸收到树木组织中并被保留下来 ， 因此碳-14的变化反映着当时地磁场的变化 。
研究小组发现 ， 最强烈的地磁场减弱并非发生在实际的磁极逆转期间 ， 而是在发生磁极逆转之前的几百年里 ， 大约为4.23万~4.16万年前 。在实际磁极逆转期间 ， 地磁场的强度约为今天的28% 。而在逆转之前的过渡期 ， 磁场缩减到只有目前的6%左右 ， 研究人员将这一现象称为“亚当斯过渡性地磁事件” 。
地磁场减弱会导致大气中臭氧含量减少 。研究人员模拟了减弱的磁场如何改变大气模式 。计算机分析表明 ， 进入大气的带电粒子等宇宙射线的增多 ， 会增加大气中氢和氮氧化物的产生 ， 这些分子往往会消耗臭氧 ， 这将降低平流层臭氧保护地球居民免受紫外线辐射的能力 。
臭氧层减少的另一个可能的证据是 ， 在大约4.2万至4万年前 ， 人类开始越来越多地使用洞穴 ， 并且在洞穴壁画中留下了越来越多的红赭石手印 ， 赭石被认为是一种古老的防晒霜 ， 这可能是人类为了躲避越来越强烈的紫外线照射 。
西班牙埃尔·卡斯蒂略山洞墙上约4.2万年前的红赭石手印 |来自网络
消失的大型哺乳动物
那么“大灭绝”是怎么回事呢 ， 此前有研究表明 ， 在大约42000年前 ， 澳大利亚大型动物曾发生过一系列灭绝 ， 包括巨型袋鼠、长毛猛犸象等大型哺乳动物 。当时这些动物的灭绝究竟是气候变化的责任更大 ， 还是人类捕猎者的责任更大 ， 科学家对此一直争论不休 。
此次研究发现 ， 地磁场的减弱使得地球大气发生变化 ， 进而影响到大气中不同层对太阳光的吸收 ， 导致大规模的气候变化 ， 使得当时地球气温降低 。研究人员利用来自贝壳杉树记录的精确的碳-14年代 ， 研究了Laschamps磁极倒转事件之前和期间的沉积物、花粉等数据 ， 发现当时从澳大利亚到安第斯山脉的一些地方出现了突然降温 。
同时研究人员对比分析了Laschamps磁极倒转事件之前和期间能反映太阳活动变化的冰芯记录 。发现 ， 当时的太阳活动处于最低水平 。弱磁场和太阳输出的减少同时作用 ， 造成了当时广泛的气候和环境变化 ， 给当时巨型动物种群带来了压力 ， 导致了巨型动物之间以及巨型动物与人类之间的竞争加剧 ， 最终造成了当时这些大型动物的灭绝 。
因此当时气候的变化造成这些动物灭绝的责任可能更大 。
类似悲剧会重演吗？
最近200年来 ， 地磁强度一直在减弱 ， 现今地磁场的强度较1840年已经下降了10%（不间断地磁记录自1840年开始） ， 平均每百年下降5% 。2013年底 ， 欧洲太空局发射了新一代地磁卫星Swarm ， 观测发现地磁强度正在加速下降 ， 速度为以前测算的10倍 。
磁北极（这里应指北极磁极）移动示意图 |来自网络
同时科学家也发现 ， 地磁北极的位置也在发生着变化 。1831年首次实地确认的时候 ， 地磁北极位于加拿大近北极地区的布西亚半岛 ， 如今地磁北极已穿过国际日期变更线 ， 进入东半球 ， 并向俄罗斯西伯利亚地区方向继续移动 。这是否预示着新一轮地磁倒转即将发生？
虽然地质历史时期发生地磁倒转时大都会伴随地磁场强度下降 ， 以及磁极的漂移 ， 但这并不一定都会最终导致地磁倒转 ， 也可能是地磁场正常的波动 。也许我们现在正处于新一次地磁倒转的关口 ， 也许不是 ， 由于地磁场变化的极度不规律性 ， 科学家并不能给出准确的预言 。
并且 ， 在地磁场形成之后的漫长地质年代里 ， 地球磁极倒转发生了上万次 ， 这些磁极逆转事件是否对当时的地球环境产生了巨大影响 ， 还需要科学家不断探索 。比如78.1万年前开始的长达2万年的布容尼斯-松山倒转逆转 ， 可能会造成什么样的长期环境破坏 ， 这是一个更令人困惑的问题 。
此次最新研究成果是第一个考虑“极端磁场变化是否对环境造成广泛影响”的研究 ， 成果的准确性或许需要更多研究去验证 ， 但是它为研究人员提供了一种新的思路 。古人云“以人为鉴 ， 可以知得失；以史为鉴 ， 可以知兴衰” ， 在地质研究中“将今论古”的思想被广泛应用 ， 研究地质历史时期曾发生的事件 ， 可以让人们对于地球的演化历史有更清晰的认识 ， 对于预见地球未来的变化同样具有深远意义 。
或许未来有一天人类真的能够预测出下一次磁极逆转的时间 ， 以及可能发生的气候变化 ， 但是目前谁也无法预测未来相似的事件是否会重演 ， 与其担心连科学家都无法预知的未来 ， 不如我们把握当下 ， 积极践行“绿水青山就是金山银山”的理念 ， 保护生态环境 ， 共同守护地球这颗美丽的星球 。
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