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指南针是中国古代四大发明之一。如果你拿出一个可以自由转动的磁体，那么它最终会停在磁极指向南北两极的位置。地磁场除了可以被用来确定方位，还在漫长的时光中保护着地球，防止太阳风和其他宇宙带电粒子射线对地球的袭击。由其他天体发射出的带电粒子遇到地磁场将会改变原先的运动方向，这就防止了这些带电粒子对大气层造成伤害，因此使得阻挡紫外线的臭氧层不致消失。 然而，这个意义重大的地磁场，在历史上曾出现多次偏转和倒转。但目前，科学家对地磁场为何出现偏转和倒转的原因仍未完全了解。 最近，由中国大陆、台湾以及澳大利亚的科学家组成的研究团队，研究了 107000 年到 91000 年前形成的岩层，发现在人类近代历史中，地磁场曾出现快速的反转，仅约 144 年。相关研究成果最近发表在《美国科学院学报》（PNAS）上。这一成果颠覆了人们之前对磁极倒转的认知，比目前已知最快的磁极倒转快了 10 倍。 图 | PNAS 最近刊登地磁场快速翻转研究（来源：PNAS） 研究人员是对一块石笋进行了分析，这个石笋是在中国贵州三星洞内形成的，被命名为“SX11”。SX11 大概有 1 米长，8 厘米粗，看起来像一根黄棕色的蜡烛。该石笋在十万年前开始沉积，在接下来的一万六千年，石笋上累积了一些含铁的磁铁矿，有效记录了当时地球上的磁场信息。 研究团队从中取了 194 个切片，标明了日期，并通过切片中残留的铁碎片测量了地磁方向。 图 | 中国贵州三星洞内 SX11 石笋（来源：PNAS） 研究分析发现了若干个地磁极快速变化的证据，还发现其中在 98360 年前的一次地磁反转事件，持续时间仅约 144 年（误差范围是 58 年），之后磁场又再次反转回原状态。 科学家表示，如果地磁场在如此短的时间轴（200 年）内，再次发生反转的话，不知道会对人类带来什么样的影响。他们对此感到担忧，在文章里也写到，“如果未来发生如此迅速的极性变化，有可能会严重影响卫星和人类社会。” 1906 年，法国地球物理学家 Bernard Brunhes 开创性地发现了地磁倒转现象。当时，他发现火山岩的磁化方向与现今地磁场方向正好相反。据此，他推断当时磁极北极应当在当前地理南极位置附近。二十年后，由日本地球物理学家松山基范进一步证实，地磁场其实相当不稳定，并没有总是保持相同的方向指向。 然而我们仍对磁场变化的理解知之甚少。在过去的 8300 万年中，地磁场曾有 183 次逆转，然而频率并不固定，且每次倒转的周期并无规律可循。除了磁极倒转，地磁场还会时不时的出现偏移，在偏移过程中，地磁南北极方向可能发生变化，且常还涉及到磁场的强度减弱。 目前，导致地磁偏移的原因尚不明朗。总的来说，因为地磁场是由地核导电流体的运动生成，因此这些导电流体在地核中运动的混乱会导致地磁倒转。但一些学者认为，这一混乱是由地核液态金属混沌运动自发形成；但另一些学者认为，地磁偏移和倒转不是自发过程，而是由破坏地核流体运动的外部事件引发。 图 | 造成这些极光的太阳带电粒子可能损坏地球上的电网（来源：NASA） 在地质史上，短短一两个世纪或许连一瞬间都称不上，这远远超过了科学家的预想。据目前研究，我们还无法预测地磁场什么时候会发生倒转以及倒转持续的时间。而地磁场倒转会对现代人类严重依赖的电网和数字通讯技术带来巨大影响。因此，这项研究让一些人们十分担忧。 太阳耀斑和太阳风等空间天气事件发生时，高能粒子从太阳表面射出，并穿越太空向地球碰撞。即使目前地磁场稳定的时候，足够强的太阳风也会引起无线电信号的混乱，甚至导致电网过载而损坏。就在 1989 年 3 月 13 日，异常巨大的太阳风暴刮向地球大气层，曾造成加拿大 kuibe 魁北克省停电 9 小时。而早在 1859 年，美国电报线因太阳风事件发生短路，引发火灾。 由于地磁场对地球的保护作用，人们理所当然地会担心地磁南北极发生移位，带来不利后果。因为假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转，而是直射地球，这样就可能损害地球上的生命和通讯设施。地磁场犹如一个保护盾，保护着大家免于太阳风的伤害。 |
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