地磁場逆轉(zhuǎn)之謎

玥　聲

科學(xué)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(gè)比例繼續(xù)減少，再過大約2000年，地磁場就會(huì)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(huì)消失。

那么，地磁的逐漸消失，將會(huì)給地球上的生物帶來什么樣的影響呢?我們知道，正因?yàn)榈厍蛏嫌写艌?，人們一旦在荒漠或密林中迷失方向，可以借助羅盤確定方位，走出險(xiǎn)境。其次，這個(gè)磁場為地球筑起一道堅(jiān)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。另一方面，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(shí)的人們卻絲毫高興不起來，因?yàn)榇艌鰳?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)家們驚異地發(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?yàn)楹判泽w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(gè)堆積速度是每千年達(dá)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)今世界唯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逆轉(zhuǎn)時(shí)期的記錄。它為人類研究過去的地磁逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象提供了有力的依據(jù)。

通過對(duì)房總半島地層的磁記錄分析獲知，70年萬前的磁場逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象是在幾百年到上千年的較短時(shí)期完成，但是這時(shí)的磁場方向卻與原來完全相反了，在這同時(shí)，有大約40％的生物滅絕，所以說地磁消失是對(duì)生物毀滅性打擊的大變異。

生物大量滅絕可從一種帶殼的有孔蟲的微小生物化石中獲知。地磁逆轉(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?yàn)榈卮艌龅钠琳闲?yīng)減弱，導(dǎo)致臭氧層被加速破壞，結(jié)果是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。

另一方面，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。即植物茂盛期光合作用活躍，空氣中、海水中的碳12比率下降。但是在地磁逆轉(zhuǎn)期間，碳12的比率卻上升1‰多。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，地球逆轉(zhuǎn)對(duì)包括恐龍?jiān)趦?nèi)的生物的滅絕也有一定影響。首先，從地磁場的結(jié)構(gòu)來看，除了雙極成分即N－S兩個(gè)極構(gòu)成的地磁場外，還有多極成分。通常磁場逆轉(zhuǎn)指的是這種雙極成分，占整個(gè)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，而多極成分不變。所以，地磁消失之際并非整個(gè)磁場消失為零，而是減弱到10％，且因?yàn)槭嵌鄻O，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(gè)磁極將獲取來自太陽的高能粒子，它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(shí)間，恰恰與地磁場漂移逆轉(zhuǎn)同步。特別是二疊紀(jì)末與白堊紀(jì)末的生物大滅絕與地磁場的逆轉(zhuǎn)發(fā)生在同一時(shí)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(duì)地球的沖撞和火山爆發(fā)兩種假說，而不太重視地磁場逆轉(zhuǎn)的影響。也有人提出以天體對(duì)地球的沖撞為契機(jī)，引起地磁逆轉(zhuǎn)的假說。事實(shí)上，70萬年前的地磁場逆轉(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(huì)構(gòu)成地磁場逆轉(zhuǎn)的契機(jī)。

近年來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)火山活動(dòng)與磁場逆轉(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(gè)非常特別的時(shí)代。通常是幾十萬年一次引起磁場逆轉(zhuǎn)，學(xué)者將這個(gè)時(shí)期稱為“靜止期”。另外，有證據(jù)表明，這個(gè)時(shí)期地球火山活動(dòng)變得十分活躍。然而在白堊紀(jì)末卻發(fā)生了磁場消失：難怪恐龍對(duì)這突如其來的變化以及隨之而來的紫外線直射缺乏抵抗能力，導(dǎo)致了它的滅絕。

逆轉(zhuǎn)或許是“正?！钡?/p>

那么，磁場的逆轉(zhuǎn)到底是什么原因引起的呢?目前，對(duì)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(dòng)，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(duì)地磁場的生成原因至今還幾乎一無所知。日本科學(xué)家本藏通過計(jì)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?qū)说臒釋?duì)流構(gòu)成，即所謂的自激發(fā)電機(jī)理論。

地球不是永磁鐵。按照自激發(fā)電機(jī)原理，如果在磁場的內(nèi)部移動(dòng)導(dǎo)體則產(chǎn)生電流，那個(gè)電流構(gòu)成磁場，接著導(dǎo)體在那個(gè)磁場內(nèi)部移動(dòng)下產(chǎn)生逐漸被放大的電流，使原來的弱磁場增強(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)，所以磁場的逆轉(zhuǎn)就很簡單地發(fā)生，而且地磁場本身就具有逆轉(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(diǎn)是不能反映地磁場逆轉(zhuǎn)時(shí)所發(fā)生的紊亂。為此，日本的力武博士對(duì)本藏模型作了修正，改用5個(gè)發(fā)電機(jī)連接起來，結(jié)果是逆轉(zhuǎn)的發(fā)生率與現(xiàn)實(shí)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，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(yùn)轉(zhuǎn)的方法，當(dāng)然，人類要完成這一使命還有待于遙遠(yuǎn)的未來。

責(zé)任編輯蒲暉