自地球诞生以来,围绕地球外核旋转的热液就产生了一个巨大的磁场,保护着地球免受有害太阳辐射的威胁。但是我们已经知道这个磁场会变得很不稳定——每一百万年左右就会发生几次磁极翻转,南磁极会变成北磁极,北磁极会变成南磁极。
现在,一项新的研究表明,磁极翻转的频率比科学家们想象的要频繁得多。而这似乎就是发生在大约5亿年前寒武纪时期的事情,当时地球生物的进化正在经历快速增长,转变成更复杂的生命形式。
为了了解这段时间内的磁场情况,一组来自巴黎地球物理研究所和俄罗斯科学院的研究人员在西伯利亚东北部的一个露头采集了沉积物样本。
在实验室里,他们缓慢地将沉积物中的磁性粒子加热到极端温度来消除它们磁性,确定了它们所记录下来的远古磁极位置(沉积物磁性粒子的方向与沉积物沉积当时的磁场方向一致,例如,北磁极指向的方向)。随后,通过测定同一岩层的三叶虫化石的年代,研究人员精确地确定了这些沉积物的年龄,从而估算出磁场翻转的大概时间。
研究小组发现,大约在5亿年前,地球磁场每100万年左右就会翻转26次,这是迄今为止科学家估计的最高频率。该研究的第一作者、巴黎环球物理研究所(Institute of Physics of the Globe of Paris)法国国家科学研究中心(French National Center for Scientific research)的研究主任伊夫·加勒特(Yves Gallet)说,到最近为止,人们还认为每一百万年翻转5次都已经是一个非常高的频率了,所以26次可以说是非常地“极端”。
但可能“同样有趣的是”,在这之后不久的几百万年内,磁极翻转的频率极快地下降,Gallet说。在4.95亿到5亿年前,磁场开始以每百万年一到两次的速度翻转。
他说,“多年来的主流观点”认为,磁场倒转的频率只会在数千万年的时间里逐渐变化。但在“这里,我们发现了在百万年时间尺度上发生的逆转频率快速变化。”
他补充说,很明显,5亿年前在地球外核产生磁场的过程与今天我们所观察到的过程非常不同。但他说,目前还不清楚究竟是什么造成地球磁场如此频繁地翻转。他说,一种可能性认为,频繁的磁极翻转可能是液态铁外核(由地幔驱动)的热量条件变化造成的。最近的研究也表明,大约在六七亿年前,地球内核可能已经开始冷却和凝固。他说,这个过程也可能会影响磁场的运作。
上一次的磁场逆转发生在78万年前,尽管有人担心它可能很快就会再次发生——这可能会暂时减弱磁场,导致我们受到有害太阳辐射的威胁——但就人类的时间而言,它可能不会“很快”发生。
“重要的是要记住,我们所考虑的磁极反转频率变化时间单位至少是几百万年,”Gallet说。在这个时间尺度上,磁场逆转可能会变化得更快或更慢。但他补充称,“磁极逆转不会在人类可预见的未来发生。”
这些发现发表在9月20日的《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)网络版上。
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