地磁倒轉(zhuǎn)之謎

●郭振海

人類現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境正在日趨惡化，究其原因是我們賴以生存的地球正在發(fā)生變異。

地磁消失之后

地球的這種變異，一方面是人為因素造成的，例如隨著人類物質(zhì)文明水平的快速提高，大量的氟化物使臭氧層遭到破壞，導(dǎo)致極地上空出現(xiàn)臭氧空洞，有害的紫外線直射地表，使極地周邊國家皮膚癌患者日益增加；另一方面是來自地球本身，據(jù)資料表明，現(xiàn)在的地磁場正在減弱，在過去的百年間地磁減少了大約5％。如果按這個比例繼續(xù)減少，再過大約2000年，地磁場就會完全消失。但是，從最新的觀測結(jié)果獲知，地磁的減少速度正在加快，有可能提前1200年就會消失。

那么，地磁的逐漸消失，將會給地球上的生物帶來什么樣的影響呢?我們知道，正因為地球上有磁場，所以，人們一旦在荒漠或原始森林中迷失方向，借助羅盤便可以確定方位，走出險境；其次，這個磁場為地球筑起了一道堅固的屏障，阻止了來自太陽的有害射線，保護(hù)了地球上的一切生物免遭滅絕。如果磁場的屏障消失，那么臭氧洞將遍布全球大氣平流層，地球上的一切生命將暴露在太陽高能粒子的輻射之下。

同時，隨著地磁的逐漸消失，設(shè)想700年后，我們將不用特意到阿拉斯加去觀賞極光，在自己的家門口就能眺望極光，這也許可以說是非常浪漫和富有詩意。但是，那時的人們卻絲毫沒有一點喜悅之情，因為磁場構(gòu)筑的屏障的減弱，使來自太陽的高能粒子或有害紫外線直接強(qiáng)烈地照射到地表，人們外出將不得不穿上紫外線防護(hù)服。

來自考古界的證據(jù)

科學(xué)工作者們驚異地發(fā)現(xiàn)，在過去的幾百萬年間，這種地磁消失并發(fā)生逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象竟達(dá)十余次之多，其中，距今最近的一次發(fā)生在70萬年前，那是爪哇猿人的年代。原來地球磁場的強(qiáng)度、方向變化，可以通過測定熔巖或其他沉積物的磁性來確定。這是因為，含磁性體的砂土或火山灰經(jīng)過長年累月的滄桑變遷，沉積到海底，磁性體沿著地磁方向排列，慢慢地在海底出現(xiàn)隆起的地表，這就是刻在大地上的磁記錄。通常，這個堆積速度是每千年40厘米左右。

但是在日本近海，因江河流入大量砂土，結(jié)果比正常的堆積速度快了近10倍，每千年堆積到3米以上，如日本千葉縣房總半島的養(yǎng)老川地層，是當(dāng)今世界惟一殘存的高密度磁記錄，而且恰好殘存的是大約70萬年前從磁場消失到倒轉(zhuǎn)時期的記錄。它為人類研究過去的地磁倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象提供了有力的依據(jù)。通過對房總半島地層的磁記錄分析獲知，70萬年前磁場的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象是在幾百年到上千年的較短時期內(nèi)完成的，但是這時的磁場方向卻與原來完全相反了；在這同時，有大約40％的生物滅絕，所以說地磁消失是對生物毀滅性打擊的大變異。

生物大量滅絕可從一種帶殼的被稱之為有孔蟲的微小生物的化石中獲知。地磁倒轉(zhuǎn)期間，在海洋表層生息的有孔蟲數(shù)量銳減到1／5，而隨著海水深度的加大，其影響逐漸減小，這是因為地磁場的屏障效應(yīng)減弱，導(dǎo)致臭氧層被加速破壞，結(jié)果有害的紫外線直射地表，使生息在海洋表面的有孔蟲大量死亡。

另外，在碳的同位素中，具有碳12的二氧化碳比具有碳13的二氧化碳更易在光合作用中被攝取。植物茂盛期，光合作用活躍，空氣中、海水中的碳12比率下降。但是，在地磁倒轉(zhuǎn)期間，碳12的比率卻上升了1/1000。這是由于，生物死亡，使含于體內(nèi)的大量有機(jī)碳釋放到空氣和海水中的緣故，而且正是這種有機(jī)體釋放的二氧化碳，引起了溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖。

恐龍滅絕與地磁消失

從近海表面的有孔蟲劇減不難推測，地磁倒轉(zhuǎn)對包括恐龍在內(nèi)的生物的滅絕也一定有影響。首先，從地磁場的結(jié)構(gòu)來看，除了雙極成分即N、S兩個極構(gòu)成的地磁場外，還有多極成分。通常磁場倒轉(zhuǎn)指的是這種雙極成分占整個地磁場的90％，余下的10％是多極成分。所謂地磁消失是指雙極成分消失，而多極成分幾乎不變。所以，地磁消失之際并非整個磁場消失為零，而是減弱到10％，且因為是多極，到處形成弱磁極。由于地球自轉(zhuǎn)，如果恰好在赤道中有磁極，則那個磁極將獲取來自太陽的高能粒子，它將給生命帶來不可估量的毀滅性影響。

從現(xiàn)存的化石獲知，迄今為止，地球上的生物已經(jīng)歷了幾次大滅絕。不可思議的是，引起這種生物大滅絕的時間，恰恰與地磁場漂移倒轉(zhuǎn)同步，特別是二疊紀(jì)末與白堊紀(jì)末的生物大滅絕與發(fā)生地磁場的倒轉(zhuǎn)發(fā)生在同一時間。

提起白堊紀(jì)末生物的滅絕，最為人們關(guān)注的莫過于恐龍的滅絕了。因此，也有人認(rèn)為地磁場的消失是恐龍滅絕的原因。但是，歷年來大多數(shù)科學(xué)家都比較關(guān)注彗星等天體對地球的沖撞和火山爆發(fā)兩種假說，而不太重視地磁場倒轉(zhuǎn)的影響。也有人提出以天體對地球的沖撞為契機(jī)，引起地磁倒轉(zhuǎn)的假說。事實上，在70萬年前的地磁場倒轉(zhuǎn)之前，確有隕石墜落在澳大利亞近海的證據(jù)。但是，專家仔細(xì)研究認(rèn)為，天體的沖撞怎么也不會成為地磁場倒轉(zhuǎn)的契機(jī)。

近年來發(fā)現(xiàn)火山活動與磁場倒轉(zhuǎn)的出現(xiàn)頻率有密切的關(guān)系。有的學(xué)者稱這是揭示地磁場生成的突破口。以白堊紀(jì)為例，這是個非常特別的時代。通常是幾十萬年發(fā)生一次磁場倒轉(zhuǎn)，白堊紀(jì)中期并沒有引起倒轉(zhuǎn)，學(xué)者將這個時期稱為“靜止期”。另外，有證據(jù)表明，這個時期地球火山活動變得十分活躍。然而在白堊紀(jì)末卻發(fā)生了磁場消失，恐龍對這突如其來的變化以及隨之而來的紫外線增加缺乏抵抗能力，導(dǎo)致了它的滅絕。

倒轉(zhuǎn)或許是“正常”的

那么，磁場的倒轉(zhuǎn)到底是什么原因引起的呢?目前，對其成因大體上有兩種假說。一種假說認(rèn)為，由于某些外在原因，例如極地的冰原發(fā)達(dá)，則赤道附近蒸發(fā)的海水向極地流動，這猶如花樣滑冰者一邊旋轉(zhuǎn)，一邊將胳膊緊緊抱住身體一樣，使旋轉(zhuǎn)加快，引起磁場的逆轉(zhuǎn)。

另一種假說認(rèn)為，原來地球磁場的生成結(jié)構(gòu)中已包含了引起磁極倒轉(zhuǎn)的因素。但我們對地球磁場的生成原因至今幾乎一無所知。東京工業(yè)大學(xué)的本藏副教授正在通過計算機(jī)模擬制作地磁場產(chǎn)生的模型。據(jù)他分析，地球的磁場是由地球外核的熱對流構(gòu)成，即所謂的自激發(fā)電機(jī)理論。

地球不是永磁體。按照自激發(fā)電機(jī)原理，如果在磁場的內(nèi)部移動導(dǎo)體則產(chǎn)生電流，電流構(gòu)成磁場，接著導(dǎo)體在磁場內(nèi)部移動下產(chǎn)生逐漸被放大的電流，使原來的弱磁場加強(qiáng)起來，最終因熱能的消耗，使磁場增強(qiáng)到一定程度就穩(wěn)定下來，形成現(xiàn)在的基本地磁場。由于假設(shè)在旋轉(zhuǎn)與磁場之間有能量交換那樣的自激發(fā)電機(jī)，所以磁場的倒轉(zhuǎn)就很簡單地引起，而且地磁場本來就具有倒轉(zhuǎn)性質(zhì)。

本藏模型非常相似地描繪了地磁場生成的過程，缺點是不能反映地磁場倒轉(zhuǎn)時所發(fā)生的紊亂。為此，日本力武博士對本藏模型做了修正，改用五個發(fā)電機(jī)連接起來，結(jié)果使倒轉(zhuǎn)的出現(xiàn)率與現(xiàn)實十分相仿，而且出現(xiàn)了與地磁場十分相似的紊亂現(xiàn)象。

鑒于現(xiàn)在的地磁場正在減少，如果按幾率來看，地磁的波動可能性很高，但是無法保證不走向地磁消失。為此，人們正在研究不讓地球的暴怒使“發(fā)電機(jī)”停止運轉(zhuǎn)，當(dāng)然，人類要完成這一使命還有待于遙遠(yuǎn)的未來。

成冠倫圖