吉大杨学祥教授释疑：地球磁极是否真的要颠倒

■赵广利，本报见习记者

▲地球磁极和地理磁极不一致的示意图。

▲1990-1996年地球内部结构和地磁北极运动路径示意图。外来核被认为是地磁场的来源。来源:百度图片

最近，英国《每日邮报》网站报道称，地球磁场在过去200年中减弱了15%，这可能是地球磁场逆转和两极逆转的前兆。一旦它逆转，地球将遭遇强烈的太阳风，并可能导致持续数月的大规模停电。此外，这种逆转还将导致地球气候的剧烈变化，并使地球表面暴露在更多的太阳辐射下，给人类带来毁灭性的影响。

这并不是近年来关于地磁倒转的第一个猜想。2012年，“地球磁场逆转”是“世界末日”的传言之一。一些人认为“北极和南极磁极将迅速逆转，地球屏蔽宇宙射线的能力将大大减弱，我们将暴露在更多的太阳辐射下”。

在过去的一百年里，地球的磁场确实变弱了，科学家确实发现了历史上地磁反复逆转的证据。为什么地球磁场会减弱？未来真的会有大逆转吗？吉林大学地球探测科学与技术学院教授杨学祥在接受《中国科学报》采访时说，要理解这个问题，首先必须知道地球磁场是如何形成的。

地球的磁场强度有强有弱

杨学祥说，地球的内圈从外向内分为地壳、上地幔、下地幔、外核和内核。内芯由固体铁组成，外芯是低粘度的导电液体铁。与此同时，在天体引力的作用下，地球的旋转速度正在减慢。然而，重力差异导致地球环的组成不同，内核中的重物质在下沉过程中加速旋转速度，导致不同环的旋转角速度不同。此外，内核的高温和高压导致电子在内核和地幔的边界分离和聚集。内核和地幔的差异旋转导致内核的*电子相对于内核的旋转减速，相对于地幔的旋转加速，产生强环形电流，从而形成地磁场。

“液体外核的存在是地球磁场的热能条件，而环形层的差动旋转是地球磁场的动能条件。两者都是不可或缺的。”杨学祥说，地球磁场的这个理论是一个目前相对容易接受的假设。

“现有的钻探技术，地下一万米无法到达。人类对地球中心的科学认识是非常有限的，地球内部还有许多未知的东西。“国家空间天气监测和预警中心研究员、空间天气预报站主任薛炳森说，到目前为止，科学家们还没有完全了解地球磁场的产生、变化的原因以及这些变化的时间表。

然而，在过去的200年里，人们有能力感知地球磁场正在减弱。杨学祥告诉记者，虽然只有在过去的40到50年里，人类才能够借助相关仪器准确地观察到地球磁场的变化，但科学家可以通过不同年代形成的岩石的剩磁来判断当时地球磁场的强度和方向。因此，人类现在已经认识到数亿年来地球磁场强度的数据。

圣地亚哥斯克里普斯海洋研究所的研究人员表示，尽管地球磁场强度目前正在减弱，但与过去数百万年地球磁场强度的平均值相比，它仍处于相对较高的范围内。“地球磁场强度可能会在500年内降至0，但更有可能像过去几千年那样反弹，而不是一直降至0。”

杨学祥告诉记者，即使地磁强度继续减弱，也不一定会导致磁极倒转。“几百万年中只有三次倒转表明，只有在发生重大气候变化时才会出现磁极倒转，例如几亿年前的大冰期和暖期的变化，以及几十万年前的冰期和间冰期的变化。如果这次磁极发生变化，这将意味着第四纪大冰期的结束，类似于中生代暖期的重现。”

地磁反演是不规则的。

杨学祥指出，如果地球磁场逆转，理论上它将经历三个主要步骤:磁场强度减弱，零磁场强度出现，磁极逆转和逆转强度逐渐增加。

现在人们知道，在20世纪的100年里，磁性北极一直在加速漂移，平均每年移动约10公里，两极的磁场也在减弱。因此，如果这种情况持续下去，地磁场将会逆转。

北京天文馆主任朱金曾说，地球的磁极迟早会反转。“从以前的观察中，我们可以知道地球的磁极将在北极和南极之间进行交换，但这将需要很长一段时间，而且永远不会在短时间内完成。至少这不会在我们有生之年发生。”

薛炳森还认为，目前某些地区的磁场强度确实在下降，但这是否意味着磁场强度在未来一千年将继续下降并会逆转，仍是科学界的一大争议。没有结论，需要进一步观察和研究。

一些研究表明，地球磁场的逆转可能与地球内部动力学有关。2008年，马里兰大学地球物理学家丹·拉瑟罗普制作了一个26吨重的地球模型，里面有一个类似的液态铁芯。他旋转球，看它内部流体的运动是否能产生磁场。这个实验使人们明白什么因素可能影响地球磁场强度的变化。

通常这种穿过北极和南极的磁场会在很长一段时间内保持稳定。但是偶尔，地球磁场会逆转或强度发生变化。在过去的几百万年里，地磁磁极确实经历了多次倒转。根据铁磁性沉积物的记录，最近一次地磁倒转发生在78万年前。

一些文章声称地磁反转会周期性地发生。杨学祥认为这没有科学依据。"在过去的1.6亿年里，地磁倒转非常不规则."

长期数据显示，历史上最长的稳定地磁场持续了约4000万年(6500万年前的白垩纪)，而最短的仅持续了数百年。因此，地磁逆转没有固定的发生周期，科学家无法预测下一次地磁逆转何时发生，因为它似乎在地球历史上是随机发生的。

地磁异常与气候变化

2013年，日本研究人员发现，地球磁场强度的变化与极地冰盖增减导致的地球转速变化有关。这一研究结果表明，地球磁场将长期受到气候变化的影响。

杨学祥认为，作为“地球的盾牌”，地球磁场本身的异常是导致气候、地质和其他变化的一个重要因素。

“地磁强度的变化等是影响极端天气频繁发生的因素之一。地球磁场保护地球大气层和地表生物免受太阳风的影响。地球的磁场强度会减弱或消失。太阳风将吹走地球的大气层。地表生物将面临历史上类似的灭绝。”杨学祥指出，计算机模型的计算结果表明，如果两个磁极的强度继续减弱，来自太阳的粒子流可能摧毁地球高纬度臭氧的40%，每次破坏持续数月至一年，这也为北极和南极海冰的融化提供了合理的解释。

杨学祥认为，如果地磁倒转真的发生，并在此期间产生零地磁强度的时期，地球可能会失去地磁场的保护，并经历新一轮的生物进化。“然而，零磁场与生物进化之间的确切关系并不充分，没有一个实验室能够完成如此大规模的模拟实验。”

然而，薛炳森认为，太阳风等空间天气中的强带电粒子主要对空间卫星产生不利影响，对地球上的生命影响有限。即使地球磁场真的崩溃或逆转，太阳风带电粒子产生的弱磁场对厚大气层下的人类影响有限。例如，在南极和北极，地磁场对地球的保护几乎为零，太阳风对地球大气层的直接影响只会产生极光(原标题“地球的磁极真的要倒转吗？“)

《中国科学日报》(第13版《大众科学周刊》，2014年3月28日)