地磁倒转的频率可能高得多,我们该怎么办?

更新时间:2019-11-10 07:23:01   浏览量:2134    来源:石基网

太阳风和地球磁场之间的相互作用产生了许多明亮的发光显示。图为加拿大北部的极光。这明亮的光提醒我们,地球的磁屏蔽非常重要,一直在保护我们的星球免受辐射。

资料来源:欧空局/美国航天局

作者:玛雅·威哈斯

伊夫·加列特在西伯利亚东北部一个陡峭的岩石斜坡上努力保持平衡,脚下一条绿色的河流不慌不忙地流过下面起伏的风景。然而,在法国巴黎地球物理研究所,他不想欣赏它。他的眼睛盯着岩石,他的头脑只有一个想法:描绘地球磁场的历史。

地球磁场起到保护地球免受太阳持续辐射的作用。在地球46亿年的历史中,磁场已经反转了许多次,改变了北极和南极,而一些研究人员推测磁极的下一次反转就在眼前。尽管有人危言耸听地谈论地磁的终结,地磁倒转确实可能带来一些破坏性影响,例如辐射暴露增加和技术损害。因此,理解地球历史上的地磁倒转不仅仅是满足好奇心。

今天,加列特和他的同事们已经发现了地磁倒转最高频率的记录证据。根据他们最近发表在《地球和行星科学通讯》杂志上的论文,在那个极度混乱的时期,地球每一百万年经历26次地磁倒转,频率比过去一千万年高五倍多。

佛罗里达大学的古地磁科学家约瑟夫·米特(没有参与这项研究)说,这项发现和越来越多的证据表明,地球磁场逆转的频率比我们想象的要高。这种研究逐渐填补了地球磁场研究的空白,帮助科学家更深入地了解这种地质现象的时间和原因,并可能表明极其活跃的地磁场对早期生命产生了影响。

地球无尽的磁极

在地表以下约2900公里的深度,外核中的铁水和镍产生地球磁场。多年来,与磁场影响密切相关的富铁矿物记录了地球磁场的变化。当沉积岩形成或岩浆冷却时,这些矿物就像指南针一样被密封起来,并及时凝结。

根据这些岩石记录,我们的磁极大约有78万年没有倒转,但在此之前,它们没有停止,大约每20万年倒转一次。然而,地球磁极相对稳定的时间也很长。例如,在大约1亿年前的白垩纪,有一个大约4000万年的稳定期。

地磁倒转有多快?为了回答这个问题,加列特和他的同事乘坐直升机和充气筏爬上不稳定的悬崖,寻找大约5亿年前中寒武世时期散落的一些线索。形成这一地区的沙粒过去位于温暖的浅海中。沉积物中的矿物漂流到海底,在压力下形成新的岩层。

Gallet和他的同事在本世纪初第一次来到这里,从几乎垂直的岩石表面收集了119个样本。他们的研究发现,在中寒武世的某个时期,每一百万年,地球经历至少6-8次地磁倒转。

科学家在西伯利亚所谓的科尔布松卡地区的岩壁上采集岩石样本。这些岩石富含铁,记录了地球大约300万年历史中的地磁信息。

资料来源:yves gallet

"我们没想到反演的频率会这么高。"加列特在一封电子邮件中写道。他强调说,当时,科学家认为4-6次逆转已经非常高了。他们的研究结果让他和他的同事们怀疑自己,觉得需要采集更多的样本。因此,在2016年夏天,他们回到那里,收集了大约550块10-20厘米见方的岩石。对这些岩石中包含的地磁信息的分析证实了他们以前的研究:在岩石样本覆盖的300万年中,他们探测到了惊人的78次地磁反转。

加列特说:“我们预计地磁反转频率会很高,但我们没想到会有这么高的频率。”他指出,22个岩石样本只记录了一次反演,这表明实际地磁反转频率可能更高。

磁极飞过来了。

迄今为止,这项研究带来的问题多于答案。我们不知道为什么那个时期的磁场如此激动,也不知道为什么它这么快就沉默了。

有人推测,这些早期逆转与地球固体核心的冷却和结晶有关。许多研究表明,这个过程始于大约6亿或7亿年前。也许中寒武世密集的地磁倒转来自地核的晚期形成。然而,这种猜测仍有许多不确定性。

英国利物浦大学的地质学家安妮克·范德布恩(Annique van der boon)(未参与这项研究)说:“知道地球的核心及其行为极其困难。我们看不见它,也去不了那里。”

美国佛罗里达大学古地磁科学家约瑟夫·米特(Joseph meert)指出,相当于这一时期高周转率的另一个时期是大约5.5亿至5.6亿年前的埃迪卡拉纪,在此期间发生了大量的生物灭绝。研究表明埃迪卡拉地磁倒转极其微弱,这可能使地球上的早期生命暴露在恶劣的地表条件下。

米特说:“借用星球大战的说法,我们摘下盾牌,让各种宇宙辐射轰击地球表面。”也许正是这种过度暴露杀死了埃迪卡拉纪所有柔软光滑的小动物,因为它们中的许多不能在太阳的掩护下移动。然而,科学家还没有发现与中寒武世地磁反转的超高频相对应的大规模灭绝事件。相反,这一时期的生命形式正在经历一场大规模的爆炸。米特推测进化可能帮助了这些动物,许多穴居动物或其他能找到庇护所的动物逃脱了有害的阳光。然而,他说,这一切目前都是猜测。

磁性怀疑

有趣的是,这些地磁变化似乎有一定的周期性,持续时间每1.5亿年不会发生地磁反转。在这两个稳定时期之间,地球磁场似乎每一百万年反转五次,在反转过程中偶尔会出现非常活跃的爆发。

米特说,根据这些近似周期,地球磁场似乎正在向另一个爆发周期移动。然而,他警告说,仍有许多不确定性。此外,即使下一次地磁倒转迫在眉睫,从我们人类的角度来看,地磁倒转将非常缓慢,因为磁极倒转将需要数千年时间。

他说:“这不是一部电影。有一天你醒来,发现指南针指向南方,第二天指向北方。”

英国利物浦大学的地质学家安妮克·范德布恩(Annique van der boon)解释说,理解地磁变化周期规律的另一个大问题是这样的记录非常分散。当大陆碰撞时,这些古老的岩石通常会被压碎和变形,模糊了许多古老的记录。他研究的岩石更加分散,记录了大约4亿年前地磁倒转频率增加的时期。

“我有点嫉妒这项研究的数据,因为它看起来真的很好,”她说。

德国慕尼黑大学地磁科学家弗洛里安·卢利尔(Florian lhuillier)认为,尽管研究人员在困难的条件下尽了最大努力,但研究结果仍需要得到地球其他地方的验证,以确认这确实是一个全球性事件。他也希望从火山岩中看到类似的证据。当岩浆冷却成岩石时,这些岩石中的矿物也能记录磁场。然而,沉积物在变成岩石的过程中会被压碎和夯实,其化学性质可能会改变,这可能会干扰我们对磁场位置的判断。

然而,这项研究仍然可以让我们一瞥我们星球疯狂的过去,并为我们的神秘注入许多新的数据。英国利物浦大学的地球物理学家考特尼·让·扭伤说,下一个任务是用计算机模型排列数据:“现在,我们可以开始运行一些计算机模型,然后说,好吧,这意味着什么?”

(译者:mikegao)

资料来源:国家地理中文网(官方五)

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