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科學(xué)探索:地磁場的兩極反轉(zhuǎn),曾引發(fā)物種大滅絕?
來源:
科技日報(bào)
發(fā)布時間:
2021-03-18
瀏覽次數(shù):
1316
科學(xué)探索:地磁場的兩極反轉(zhuǎn),曾引發(fā)物種大滅絕?
丁寶明
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)。而在地質(zhì)歷史中,地磁場的兩極會不斷反轉(zhuǎn),引發(fā)磁場強(qiáng)度階段性消減。最近發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究推測:在地磁場的翻轉(zhuǎn)過程中,由于磁場變?nèi)?,大氣中的臭氧會減少,導(dǎo)致全球氣候劇變,推動物種滅絕。
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。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)。
地磁場在地球形成早期就已存在。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)。
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。距今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)。
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))。
古樹見證4萬年前磁場反轉(zhuǎn)
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)為地球磁極曾發(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、巨型袋熊等一系列巨型哺乳動物的滅絕。
通過對四棵古樹化石橫截面進(jìn)行碳-14同位素分析,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。
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。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(jì)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,這可能是人類躲避越來越強(qiáng)烈的紫外線照射的方式。
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%,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。
科學(xué)家發(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)時,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。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。
(據(jù)“科普中國中央廚房”)
本文來自:科技日報(bào)
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