​地磁场的两极倒转，曾推动物种大灭绝

地磁场的两极倒转，曾推动物种大灭绝

一项新研究发现，42000年前的一次磁场反转，曾引发全球气候剧变，推动巨型袋鼠、长毛猛犸象等大型哺乳动物的灭绝。

图源：冰河时代

作者 | 丁宝明 中国地质大学

我们的地球能够拥有温润的大气，很大程度仰赖于地磁场的保护。

在漫长的地质历史中，地磁场其实并不坚挺，它的两极会不断反转，引发磁场强度阶段性地消减。

在那个过程中，大气还好吗？地球生物怎么样了呢？

最近，发表在《科学》杂志上的一项研究，给出了参考：

在地磁场的翻转过程中，由于磁场变弱，大气中的臭氧会减少，导致全球气候剧变，推动物种灭绝。

这不由得让人担心，相同的悲剧会发生在我们身上吗？毕竟，近年来，有关地磁场变弱的新闻时有传出，对地磁场反转的猜测甚嚣尘上。

多次出现的地磁反转

地磁场的两极反转在地质史上并不罕见。

自1906年，法国地球物理学家伯纳德·布容首次发现，法国熔岩的磁化方向与当前地磁场的方向相反，推测地磁场可能发生过逆转，各国的地质工作者在全球范围内做了大量古地磁测量和实验。

迄今发现最早的地磁记录在35~40亿年前，说明地磁场在地球形成早期就已存在——地球的年龄约为45亿年。

在地磁场形成之后的漫长地质年代里，科学家发现，每隔10~100万年便会发生一次完全的地磁南北极倒转，周期不固定。

仅在过去的8300万年中，地磁场就倒转了183次，在整个地质历史时期，地磁场更是倒转了上万次。

地磁场倒转（示意图） |来自网络

在发生极性倒转的过程中，地磁场强度均存在变弱的现象。

距离今天人类最近的一次长时间地磁场倒转发生在约78万年前，持续了近2万年，被称为布容尼斯-松山倒转。

不过，在整个地质历史中，并非所有的地磁倒转都会持续上万年。

有时其方向虽然会发生很大的变化，甚至达到180度的完全转向，类似极性倒转那样，但其持续时间较短，这类变化称为地磁漂移（可理解为短时间内的两次倒转）。

例如4.1万年前的Laschamps地磁倒转事件，仅持续了大约1000年，其中地磁反转的时间也仅有约250年。

古树见证4.2万年前磁场反转事件

在本次研究中，科学家们利用新西兰湿地中留存的、生长于大约4.2万年前的古贝壳杉树中记录的相关信息，首次将地磁场倒转与当时大规模的环境变化直接联系起来，认为在4200年到4100年前，地球磁极发生了短暂倒转，并在地球上引发了一系列的环境危机，可能造成了当时澳大利亚长毛猛犸象、巨型袋熊等一些列巨型哺乳动物的灭绝。

新西兰贝壳杉是世界上最古老的树之一，此次研究人员发现的这些古树化石，曾生长于约4.2万年前，并拥有1700年的年轮。

通过对四棵古树化石横截面进行碳同位素分析（测定放射性），并结合年轮数据，研究人员确认地球磁极曾在4.1万年前发生过短暂倒转，即Laschamps磁极漂移事件，同时获得了一份能够精确测定年代，且具有连续1700年变化的大气放射性碳记录。

这一记录揭示了碳在Laschamps磁极漂移事件之前、及磁极逆转期间的主要变化。

新西兰贝壳杉（上）及化石（下） |来自网络

研究人员认为，地磁场保护着地球免受来自外太空的宇宙射线（高能带电粒子流，如来自太阳的带电粒子流）的攻击，随着地球磁场的减弱，越来越多的宇宙射线进入大气层便会产生更多的碳，这些碳会被吸收到树木组织中并被保留下来，因此碳的变化反映着当时地磁场的变化。

研究小组发现，最强烈的地磁场减弱并非发生在实际的磁极逆转期间，而是在发生磁极逆转之前的几百年里，大约为4.23万~4.16万年前。

在实际磁极逆转期间，地磁场的强度约为今天的28%。

而在逆转之前的过渡期，磁场缩减到只有目前的6%左右，研究人员将这一现象称为亚当斯过渡性地磁事件。

地磁场减弱会导致大气中臭氧含量减少。

研究人员模拟了减弱的磁场如何改变大气模式。

计算机分析表明，进入大气的带电粒子等宇宙射线的增多，会增加大气中氢和氮氧化物的产生，这些分子往往会消耗臭氧，这将降低平流层臭氧保护地球居民免受紫外线辐射的能力。

臭氧层减少的另一个可能的证据是，在大约4.2万至4万年前，人类开始越来越多地使用洞穴，并且在洞穴壁画中留下了越来越多的红赭石手印，赭石被认为是一种古老的防晒霜，这可能是人类为了躲避越来越强烈的紫外线照射。

西班牙埃尔·卡斯蒂略山洞墙上约4.2万年前的红赭石手印 |来自网络

消失的大型哺乳动物

那么大灭绝是怎么回事呢，此前有研究表明，在大约42000年前，澳大利亚大型动物曾发生过一系列灭绝，包括巨型袋鼠、长毛猛犸象等大型哺乳动物。

当时这些动物的灭绝究竟是气候变化的责任更大，还是人类捕猎者的责任更大，科学家对此一直争论不休。

此次研究发现，地磁场的减弱使得地球大气发生变化，进而影响到大气中不同层对太阳光的吸收，导致大规模的气候变化，使得当时地球气温降低。

研究人员利用来自贝壳杉树记录的精确的碳年代，研究了Laschamps磁极倒转事件之前和期间的沉积物、花粉等数据，发现当时从澳大利亚到安第斯山脉的一些地方出现了突然降温。

同时研究人员对比分析了Laschamps磁极倒转事件之前和期间能反映太阳活动变化的冰芯记录。

发现，当时的太阳活动处于最低水平。

弱磁场和太阳输出的减少同时作用，造成了当时广泛的气候和环境变化，给当时巨型动物种群带来了压力，导致了巨型动物之间以及巨型动物与人类之间的竞争加剧，最终造成了当时这些大型动物的灭绝。

因此当时气候的变化造成这些动物灭绝的责任可能更大。

类似悲剧会重演吗？

最近200年来，地磁强度一直在减弱，现今地磁场的强度较1840年已经下降了10%（不间断地磁记录自1840年开始），平均每百年下降5%。

2013年底，欧洲太空局发射了新一代地磁卫星Swarm，观测发现地磁强度正在加速下降，速度为以前测算的10倍。

磁北极（这里应指北极磁极）移动示意图 |来自网络

同时科学家也发现，地磁北极的位置也在发生着变化。

1831年首次实地确认的时候，地磁北极位于加拿大近北极地区的布西亚半岛，如今地磁北极已穿过国际日期变更线，进入东半球，并向俄罗斯西伯利亚地区方向继续移动。

这是否预示着新一轮地磁倒转即将发生？

虽然地质历史时期发生地磁倒转时大都会伴随地磁场强度下降，以及磁极的漂移，但这并不一定都会最终导致地磁倒转，也可能是地磁场正常的波动。

也许我们现在正处于新一次地磁倒转的关口，也许不是，由于地磁场变化的极度不规律性，科学家并不能给出准确的预言。

并且，在地磁场形成之后的漫长地质年代里，地球磁极倒转发生了上万次，这些磁极逆转事件是否对当时的地球环境产生了巨大影响，还需要科学家不断探索。

比如78.1万年前开始的长达2万年的布容尼斯-松山倒转逆转，可能会造成什么样的长期环境破坏，这是一个更令人困惑的问题。

此次最新研究成果是第一个考虑极端磁场变化是否对环境造成广泛影响的研究，成果的准确性或许需要更多研究去验证，但是它为研究人员提供了一种新的思路。

古人云以人为鉴，可以知得失；以史为鉴，可以知兴衰，在地质研究中将今论古的思想被广泛应用，研究地质历史时期曾发生的事件，可以让人们对于地球的演化历史有更清晰的认识，对于预见地球未来的变化同样具有深远意义。

或许未来有一天人类真的能够预测出下一次磁极逆转的时间，以及可能发生的气候变化，但是目前谁也无法预测未来相似的事件是否会重演，与其担心连科学家都无法预知的未来，不如我们把握当下，积极践行绿水青山就是金山银山的理念，保护生态环境，共同守护地球这颗美丽的星球。

（责编 高佩雯）

参考资料：

https://science.sciencemag.org/content/371/6531/811

https://www.sciencenews.org/article/earth-magnetic-field-reversal-mass-extinctions-environment-crisis

文章由十点科学（ID：Science_10）公众号发布，转载请注明出处。

十点科学

编辑：CHANchan

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