地球磁場倒轉(zhuǎn)之謎

曉尤

美國好萊塢似乎每過一段時(shí)間就會(huì)推出一部科幻災(zāi)難影片，其中有些電影鏡頭會(huì)讓科學(xué)家笑話，因?yàn)橛捌噶嗽S多科學(xué)錯(cuò)誤；而有些鏡頭則讓科學(xué)家點(diǎn)頭稱是，認(rèn)為確實(shí)言之有理。

比如，有一部災(zāi)難片就假想地球磁場崩潰后的場景。而真實(shí)的地球歷史上，確實(shí)多次出現(xiàn)磁場減弱甚至磁場倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，在過去的1.6億年中，地磁南極變成地磁北極、地磁北極變?yōu)榈卮拍蠘O的事件頻繁發(fā)生。

但地球磁場為什么會(huì)倒轉(zhuǎn)呢？直到今天，科學(xué)家們還沒有定論。

為了解釋地球磁場為什么會(huì)倒轉(zhuǎn)，美國的馬勒教授提出了一個(gè)假說，這個(gè)假說認(rèn)為，地球磁場倒轉(zhuǎn)是地核與地幔邊界處的物質(zhì)“大雪崩”造成的。

地球的地核分成為內(nèi)地核和外地核兩部分，內(nèi)地核是固態(tài)的鐵芯（據(jù)猜測還含有鎳），如月球般大??；外地核則是液態(tài)的鐵，如火星般大小。

地核之上的地幔層由密度很大的巖石組成，它和固態(tài)的鐵芯把液態(tài)的外地核夾在中間。在液態(tài)的外地核與巖石質(zhì)的地幔之間是不規(guī)則的邊界面，也有地形的起伏，這和地球表面起伏不定的地貌類似。

多數(shù)地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，地球的磁場產(chǎn)生于外地核液態(tài)鐵的對(duì)流，液態(tài)的鐵流動(dòng)起來，相當(dāng)于電流，而電流能夠產(chǎn)生磁場。馬勒則進(jìn)一步認(rèn)為，外地核的物質(zhì)對(duì)流可能是由于鐵在內(nèi)地核表面結(jié)晶所導(dǎo)致的。

他分析道，在地下5000公里深的地方，是內(nèi)地核與外地核的交界處，在這里，外地核液態(tài)的鐵時(shí)時(shí)結(jié)晶為固態(tài)，在這個(gè)過程中，液態(tài)鐵里含有的一些密度較輕的成分，比如氧、硫和硅，被釋放并上升到距離地面2900公里深的核幔邊界處。

核幔邊界處的溫度比內(nèi)地核表面低1000℃左右，因此那些輕的成分在核幔邊界冷卻，并濃縮成泥濘的沉積物。每100萬年大概會(huì)堆積出幾十米厚的沉積層，這些沉積物向上“落”在地幔下表面不平坦的地形上。由于核幔邊界的地形起伏不定，有的地方比較陡峭，沉積物甚至?xí)刂逼禄瑒?dòng)。

輕密度沉積物向上升的過程中，在沿途會(huì)使外地核的液態(tài)鐵向內(nèi)地核的方向流動(dòng)，碰到堅(jiān)固的內(nèi)核后，液態(tài)鐵流又會(huì)返回?？茖W(xué)家猜測，鐵流的往返運(yùn)動(dòng)使地球出現(xiàn)了磁場，在正常時(shí)期，磁場是穩(wěn)定的。沉積物的積累和滑落過程每時(shí)每刻都在發(fā)生，液態(tài)鐵流的往返運(yùn)動(dòng)同樣也每時(shí)每刻都在發(fā)生，但地球磁場的倒轉(zhuǎn)卻并沒有那么頻繁。

因此，馬勒猜測，地下鐵流和沉積物正常的上升和下落并不會(huì)強(qiáng)烈地改變地球磁場，只有那些劇烈的地下物質(zhì)“大雪崩”，才會(huì)使地下發(fā)生翻天覆地的變化，從而導(dǎo)致地球磁場發(fā)生混亂，甚至出現(xiàn)磁場的倒轉(zhuǎn)。

上涌的物質(zhì)流還會(huì)加熱地核之上的地幔，讓一些巖漿奔涌到達(dá)地球表面，形成大面積的火山巖。

馬勒相信，只有很少的事件能夠引發(fā)核幔邊界的沉積物大雪崩，比如，當(dāng)一個(gè)小行星或彗星以傾斜的角度撞擊地球表面時(shí)，地下殼幔邊界處的沉積物質(zhì)會(huì)被側(cè)向推移，厚重如山一般的沉積層劇烈振蕩，破壞了外地核液態(tài)鐵流的正常流動(dòng)，攪動(dòng)了地下世界，地球的磁場因此而發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

小行星撞擊地球帶來的災(zāi)難是大家所熟知的，人們發(fā)現(xiàn)，伴隨著小行星的撞擊，地下巖漿會(huì)噴涌出來，形成大面積的玄武巖。

撞擊是如何使地下物質(zhì)以巖漿的形式噴出，形成玄武巖覆蓋地球表面的呢？

馬勒根據(jù)自己的假說認(rèn)為，小行星或彗星撞擊地球后，核幔邊界處的沉積物被振蕩，熱的鐵流會(huì)在某些薄弱處與地幔接觸，迅速加熱地幔物質(zhì)，產(chǎn)生的巖漿上升到地殼的縫隙處，噴涌上來形成大面積的玄武巖。

馬勒用自己的“地下大雪崩假說”將地外星體撞擊和地下物質(zhì)運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來，描述了地磁倒轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的一連串的事件：

小行星或彗星傾斜地撞擊到地球上；

撞擊在地表引發(fā)了生物大絕滅；

撞擊攪亂了核幔邊界的沉積層，使地球磁場在幾千年中崩潰；

巖漿噴出地表，形成玄武巖；

撞擊甚至造成了地下物質(zhì)上百萬年的振蕩；

最后，地球磁場緩慢地重建，地球磁極再次形成，發(fā)生了倒轉(zhuǎn)。

不過，有些學(xué)者質(zhì)疑，引起恐龍滅絕的星體撞擊事件確實(shí)曾伴隨著印度德干高原大面積的玄武巖出現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)卻并沒有發(fā)生地磁的倒轉(zhuǎn)，這又該如何解釋呢？

馬勒認(rèn)為，原因很簡單，6500萬年前的那次撞擊是一次直立撞擊。

造成恐龍絕滅的那顆星體撞到了中美洲尤卡坦半島上，形成了一個(gè)大型的撞擊坑。地質(zhì)研究顯示，尤卡坦半島的大型撞擊坑確實(shí)是直立撞擊的產(chǎn)物。直立撞擊不會(huì)在地幔和地核邊界產(chǎn)生水平方向的分力，因此就無法造成那里的沉積物大雪崩，也就不會(huì)出現(xiàn)地磁倒轉(zhuǎn)。

而傾斜撞擊則不同，一次大的傾斜撞擊將強(qiáng)烈影響核幔邊界的沉積物狀態(tài)，引發(fā)地磁倒轉(zhuǎn)。

利用自己的假說，馬勒居然“預(yù)言”了一個(gè)人們沒有注意到的遠(yuǎn)古現(xiàn)象。

在地球磁場倒轉(zhuǎn)的歷史紀(jì)錄中，有一個(gè)被稱為“漫長沉寂”的時(shí)期，這個(gè)時(shí)期從距今1.2億年開始，持續(xù)了3500萬年，竟然一次地磁倒轉(zhuǎn)也沒有發(fā)生過。

這個(gè)時(shí)期結(jié)束后，地磁倒轉(zhuǎn)再次出現(xiàn)，而且又開始頻繁發(fā)生。以前的科學(xué)家對(duì)這個(gè)反常的現(xiàn)象都無法做出合理的解釋。

根據(jù)自己的假說，馬勒斷定，漫長沉寂說明地下沉積物不發(fā)生大雪崩，表明此前必定有一次劇烈的撞擊“消耗”了大量的沉積物。

在沉積物大雪崩導(dǎo)致地磁倒轉(zhuǎn)后，由于沉積物的積累需要一定的時(shí)間，沒有聚集足夠的沉積物，即使發(fā)生星體撞擊地球的事件，也不可能再次引發(fā)大雪崩，導(dǎo)致長時(shí)間根本沒有地磁倒轉(zhuǎn)的情況。

因此，在漫長正常時(shí)期開始前，應(yīng)該有一次劇烈的撞擊事件，而且伴隨著撞擊事件，應(yīng)該有巖漿涌出，形成大面積的玄武巖。

然而，令他煩惱的是，他并沒有在地質(zhì)資料中找到這樣的證據(jù)。

難道自己的假說錯(cuò)了？馬勒把自己的困惑講給一位著名的地質(zhì)學(xué)家阿瓦爾斯聽。阿瓦爾斯是首先提出恐龍絕滅由地外星體撞擊引起并找到證據(jù)的地質(zhì)學(xué)家。

阿瓦爾斯告訴馬勒，他使用的玄武巖資料僅僅是大陸上的，因此并不完整。全球最大的玄武巖區(qū)域其實(shí)位于西太平洋洋底，正好形成于1.2億年前，和地球磁場倒轉(zhuǎn)的漫長沉寂時(shí)期開始的時(shí)間吻合。

這真是個(gè)出乎意料的好消息。馬勒很高興，因?yàn)樗邦A(yù)言”了這個(gè)過去的現(xiàn)象，雖然海底玄武巖很早之前就被別人發(fā)現(xiàn)了，但他此前并不知情。顯然，1.2億年前地球發(fā)生劇變，核幔邊界處的沉積物大雪崩，造成了地磁倒轉(zhuǎn)，此后的漫長時(shí)間里，沉積物雖然也在積累，但是量很少，無法形成使地磁再次倒轉(zhuǎn)的力量。這就是對(duì)“漫長沉寂”的合理解釋。

人類想去地心旅行親眼見證地下的物質(zhì)大雪崩，目前還不可能。不過面對(duì)地球磁場倒轉(zhuǎn)這個(gè)重大問題，馬勒覺得即使無法親眼目睹地下那壯觀的場面，自己也已經(jīng)找到了正確的答案。