[科普中國]-地磁倒轉

地磁倒轉（Geomagnetic reversal）是指地球磁極在地質時期中的交替現(xiàn)象。 地球磁場看來從150年前就開始走下坡路，磁場的強度到現(xiàn)今已經削減了10%～15%，它的衰弱速度近來有增無減。

主要特征地磁倒轉即地磁場倒轉。亦稱地磁反轉。指地球磁場的方向發(fā)生的180°改變，也就是地磁兩極的極性發(fā)生的倒轉現(xiàn)象。古地磁研究的成果證實，地球磁場的極性曾經多次倒轉過。地磁場倒轉的現(xiàn)象最初是在巖石剩余磁性測量中發(fā)生的。在解釋這種現(xiàn)象時有人提出，巖石磁化方向與現(xiàn)代地磁場方向相反，這可能是由于巖石形成時的地磁場方向與現(xiàn)代的地磁場方向相反的緣故。因為這種看法在當時還不能予以證實肯定，所以，曾被稱為地磁場倒轉假說。近年來，根據(jù)古地磁的研究，不僅證實了地磁兩極的極性確曾發(fā)生過多次倒轉，而且，根據(jù)電磁流體力學的假說及其它地球物理過程的推測，證明發(fā)生地磁場倒轉現(xiàn)象是完全可能的。在天文觀測中也曾多次發(fā)現(xiàn)不少星體的磁場經常發(fā)生周期性的極性倒轉現(xiàn)象。地磁場倒轉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實，對探索地磁場成因極為重要。1

危害地磁倒轉會摧毀電網(wǎng)，傷害宇航員和人造衛(wèi)星，擴大大氣臭氧層空洞，將極光反射到赤道，鳥類（主要是候鳥）、魚類（主要是回游魚）和其他遷徙動物將因此迷失方向。所幸，雖然有一些人發(fā)出世界末日的預言，并稱找到了過去磁場倒轉和物種滅絕間的聯(lián)系，專家們說事情還不至于那么恐怖。

問及到底會不會出現(xiàn)磁場消失的情況，詹研究員指出：“到現(xiàn)今為止，地球磁場一直存在，沒有哪個時代地球磁場完全消失。從歷史上的情況來看，衰減到一定程度，發(fā)生地磁場的倒轉。地球磁場有本身必然的變化規(guī)律，也跟外界的條件有關系。以前也有國外科學家預言，下個千年磁場會倒轉，從現(xiàn)今來講一千年就倒轉沒有確鑿的根據(jù)?！?/p>

“根據(jù)歷史變化規(guī)律，地磁衰減到一定程度就會發(fā)生倒轉，但是當前地球的磁場是不是會將衰減進行下去，還有待時間來檢驗?！?/p>

詹研究員指出：1900年到2000年的一百年間，地球南北極的磁場一直在衰減。2000年后的趨勢，表面上看起來是可以預測。但前百年的下降曲線并不是直線，下降的速率也并不只一個，時快時慢。自然也存在曲線探底后，在三年五年以后慢慢上升的可能。計算機可以用一些模型來模擬磁場變化。有些假設對過去的情況是成立的，對以后是否成立有待研究?！犊茖W》雜志上的結論也只是基于歷史經驗和電腦模擬研究后的推測。

地磁場是個弱磁場，倒轉引發(fā)的強度變化并不會引發(fā)災難性后果。

地球磁場倒轉究竟會給人類的生活和周圍的環(huán)境帶來怎樣的影響？“上次地磁倒轉是百萬年前的事，所以沒有歷史記載。但從生物磁學上分析，生物在磁場中要受到磁場的約束。一些實驗表明，磁場的強弱對某些生物的行為是有影響的。有些專家做過統(tǒng)計，地球磁場改變對心臟病有影響。地磁場變化期間，部分病人會有些煩躁。由此推測，地磁場倒轉時，地磁的劇烈變化還是對人類有一定影響?！闭惭芯繂T如此解釋。

詹研究員說：“生物學家研究發(fā)現(xiàn)，可以遠距離精確飛行的信鴿是靠地磁來辨別方向的，如果地磁場發(fā)生變動，一定會對其飛行路線有干擾?！?/p>

他同時強調：“即使地磁發(fā)生倒轉，也不可能出現(xiàn)災難性的后果，不會發(fā)生人類不能生存這樣的現(xiàn)象?，F(xiàn)今宇航員已經置身地磁場外仍然活得很好，雖然他們受過專門的訓練，但說明一個事實，人類在經過一定訓練，脫離地磁場也一定可以生存。”

“我們從地質年代去看地磁倒轉，是個突然的過程。因為地質年代動輒以億年、幾千萬年為計時單位。對于以分、時、天、年為計時單位的普通人來說，這種倒轉則是個漸變的過程。不可能出現(xiàn)上一秒指南針指南，下一秒立刻變成指北的現(xiàn)象。我們這一輩人，甚至我們的孫子重孫都感受不到?！?/p>

地磁場倒轉后，其強度又是否會發(fā)生變化呢？詹研究員告訴記者：地磁的強度會有一定的變化，但沒有必要擔心，因為整個地球磁場是一個弱磁場，地表的磁場平均強度只有1高斯。一般地區(qū)又往往只有0.5-0.6高斯。比如北京地區(qū)的地磁輻射就只有0.55高斯。而在一個普通磁鐵旁邊的輻射都有幾個或幾百高斯，電子加速器邊的輻射是幾兆高斯，甚至更強。當一個磁鐵放在我們身邊，也不覺得怎樣。即使我們在輻射很大的加速器旁邊，也沒有明顯感覺。所以地磁場這個弱磁場的變化不會給我們的生活帶來大影響。

研究現(xiàn)狀英國科學雜志《自然》2002年4月11日刊登一篇論文詳述了地磁場日益嚴重的弱化，引起了科學界對這個問題的普遍關注。

佐以1999年發(fā)射的丹麥“阿斯泰茲”（Orsted）號人造衛(wèi)星 （Orsted satellite是丹麥的第一顆衛(wèi)星，是以Hans Christian Orsted（ 1777年至1851年）命名的，丹麥物理學家，教授，哥本哈根大學。這是一個幾乎太陽同步低地球軌道。）收集的最新資料，科學家們發(fā)現(xiàn)了磁場弱化問題。巴黎地球物理研究所胡洛博士等人發(fā)現(xiàn)北極和南非一個地區(qū)的磁場已經變得特別弱。

巖石的“記憶”是怎么形成的呢？熔巖流里含有微小的礦物顆粒，它們是無數(shù)的指南針或小型磁鐵，自由地指向當時的磁場。當熔巖冷卻，其中的小指南針就固定在原地，就算磁場改變，它們也不能再移動，專家們稱它為古地磁。

輻射爆發(fā)，誰能幸存？

美國航空和宇宙航行局戈達德太空飛行中心的大氣科學家查爾斯·杰克曼博士和他的歐洲同事們一起用計算機模擬磁場倒轉可能帶來的變化。他們公布報告說，變弱的磁場會讓太陽粒子風暴襲擊大氣層，破壞大量的臭氧，而臭氧是保護地球免受紫外線侵害的。

來自太陽的紫外線輻射會傷害地球上的生命，降低農作物產量，增加癌癥發(fā)病率，導致皮膚癌和白內障。杰克曼博士稱，臭氧層受到太陽粒子風暴的襲擊，一般可以在2～3年內自然復原，但是只要地磁場依舊微弱，臭氧層仍面臨著新的輻射危險。塔多諾博士說，無論地磁是倒轉還是變弱然后恢復原狀，它對人造衛(wèi)星和臭氧層的實際影響是差不多的。地球磁場防護的崩潰會讓太空粒子更深地穿透大氣層，摧毀地球上的電網(wǎng)，正如太陽粒子風暴有時候造成的后果那樣。

但許多生物學家倒是覺得，因為磁場倒轉速度夠慢，地球生物的韌性夠好，大部分生物能夠適應磁場變化。他們注意到化石記錄并沒有顯示磁場倒轉和物種大批滅絕之間存在相關性。

當年幼的大頭海龜們踏上長達8000英里的環(huán)大西洋旅程，它們利用看不見的磁場信息來確定自己的方向和方位。從20世紀70年代開始，科學家開始發(fā)現(xiàn)大量證據(jù)表明很多動物依賴地磁場導航。加州理工學院的約瑟夫·克什維科博士發(fā)現(xiàn)，蜜蜂、鴿子、細菌、大馬哈魚、鯨魚、蠑螈和其他一些動物身上都存在這種依賴性。

北卡羅來納大學生物學家肯尼斯·洛曼博士說，磁場弱到一定程度時，“海龜們就有麻煩了”。

1971年，哥倫比亞大學詹姆士·黑斯博士注意到，微小的散線蟲類的滅絕和一次的磁場倒轉有很大關系。

但有些科學家否認二者一定有相關性，因為數(shù)據(jù)上的證據(jù)并不明顯。

1995年，美國洛斯-阿拉莫斯國家實驗室（LANA）和加州大學洛杉磯分校的科學家成功地用計算機模擬了地核中“地磁發(fā)電機”的活動，包括地磁倒轉。在電腦模擬的數(shù)百萬年里出現(xiàn)了十多次倒轉。

在地球深處，地核分固態(tài)的內核與液態(tài)的外核兩部分。液態(tài)外核的熔鐵流活動產生地磁場，相當于一部超級“地核發(fā)電機”。

沒人準確知道為什么地磁場要周期性倒轉，科學家們認為可能是地核中熔鐵流活動的改變導致的。

不管最新發(fā)現(xiàn)如何，公眾都不用驚慌?？茖W家們說就算地磁倒轉“迫在眉睫”，它仍然需要2000年時間來完成。上一次的逆轉發(fā)生在78萬年前，那時直立人還在學習怎么制造石頭工具呢。

為了更好地理解正在發(fā)生的磁場減退現(xiàn)象，歐洲航天局批準了一項史無前例的追蹤磁場活動計劃。他們將在2009年發(fā)射3顆人造衛(wèi)星，而在極地圈上空幾百英里處飛行的太空船將于2015年出發(fā)。

胡洛博士稱，科學家們會將衛(wèi)星數(shù)據(jù)和計算機模擬結合起來作出遠期預測，還將針對危險提出一些警告，可能的解決方案中會包括增強衛(wèi)星防護等。

國際在線專稿：據(jù)physorg網(wǎng)站報道，科學家們一直認為地球南北磁極翻轉需要花費4000至5000年，但是最新的證據(jù)顯示這一變化只需要幾年時間即可完成。

洛杉磯西方學院的地質學家斯科特·博格與美國地質調查局的喬納森·格倫一起發(fā)現(xiàn)了這一證據(jù)：在內華達州Battle山上有一處距今1500萬年的熔巖，通過觀察熔巖內部磁性晶體的磁場模式，他們發(fā)現(xiàn)地球南北磁極曾經在一年里翻轉了53度。這意味著地球南北磁極曾在4年的時間里就完成了翻轉。

此外，斯科特·博格還表示，這一研究結果也可能表明在磁極翻轉的整個過程中曾出現(xiàn)過一段大幅度的加速時期。盡管沒人能確定這類磁極翻轉是由于何種原因，但科學家們普遍認為這一現(xiàn)象與地球外核層的鐵水移動有關。

研究爭議詹志佳研究員從事地磁學研究多年，他說，地球就像一個大磁鐵一樣，一個N極即北極，一個S極即南極是可以發(fā)生倒轉的，原來是北極變成南極，南極變成北極，（其實地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近，不完全重合，存在磁偏角。）。這種變化的時間間隔比較長。詹志佳研究員說，在600萬年間發(fā)生了三次倒轉。其中最短的間隔是70萬年，而最長的則有150萬年。所以所謂倒轉是在比較長的時間尺度上發(fā)生的，而磁場衰減則是倒轉過程中的一種現(xiàn)象。有些地區(qū)地磁場的強度確實有下降的趨勢。

但對于磁場會不會消失這一問題，詹志佳研究員指出，為止，衰減到一這程度，就會發(fā)生地磁場的倒轉。

劉振興院士說，地球磁場并非只有南北偶極磁場，還有其他多極磁場存在，只不過以偶極磁場為主。即使偶極磁場在倒轉的過程中翻轉到與赤道平行，它也不會完全消失，更何況還存在其他磁場。所以，地磁場完全消失的情況是不會發(fā)生的。

【地磁倒轉在千年內發(fā)生這一說法沒有確鑿根據(jù)】

“以前也有國外科學家預言，下個千年磁場會倒轉，從現(xiàn)今來講一千年就倒轉沒有確鑿的根據(jù)?！闭仓炯蜒芯繂T說，“我們從地質年代去看地磁倒轉是個突然的過程。下一秒立刻變成指北的情況?！?/p>

根據(jù)歷史變化規(guī)律，地磁衰減到一定程度就會發(fā)生倒轉，但是地球的磁場會不會繼續(xù)衰減下去，還有待時間來檢驗。1900年到2000年的100年間，地球南北極的磁場一直在衰減。2000年后的趨勢表面上看起來是可以預測的，但之前一百年的下降曲線并不是直線下降的，下降的速率也并不穩(wěn)定，時快時慢，也存在曲線探底后慢慢上升的可能。計算機可以用一些模型來模擬磁場變化。但有些假設雖然對于過左的情況是成立的，對將來的變化是否成立則有待進一步研究。

【地磁場的強弱波動不會對地球生命造成太大的影響】

美國《科學》雜志一篇文章提出：150年來，地球南北極所產生的磁場，正持續(xù)地急劇衰減，如果以這種速率發(fā)展下去，地磁場將在下個千年的某個時期徹底消失，然后倒轉。對地磁倒轉的推測屢屢見諸各種媒體，許多專家稱，如果南北磁極倒轉，將給地球生物帶來巨大災難：信鴿會迷失方向，指南針會倒轉，更嚴重的是，地磁場消失之際，地球失去了地磁保護傘，高能宇宙粒子和太陽粒子將給地球生命帶來災難。

成因解釋地磁倒轉是一個長期的過程，不會很快發(fā)生；即使發(fā)生了，人類也未必因此遭災，所以人類不必要驚慌。就算磁場倒轉，也不會發(fā)生人們想象的恐怖事情。

地球與太陽的磁極將同時顛倒，這可能將引發(fā)混亂——零磁力危機威脅地球，這個顛倒過程將在地球生物圈中引發(fā)一系列的災難。

印度方面的報道稱，得到這一結論的是印度的一組天體和物理學家。他們與一些計算機科學家共同研究、以計算機模擬而發(fā)現(xiàn)這一結果。

地磁確實在變化

若干年前科學家們發(fā)現(xiàn)，地球南北極所產生的磁場，持續(xù)地急劇衰減（地磁場強度比減低了約10%）。有科學家擔憂，如果以這種速度發(fā)展下去，地磁場將在下個千年的某個時期徹底消失。英國的《自然》雜志和美國的《科學》雜志近來都相繼發(fā)表相關的文章，對這一現(xiàn)象進行探討。

實際上，地磁場會發(fā)生倒轉這一現(xiàn)象在更早的時候就已經被科學家發(fā)現(xiàn)了。地磁場至少發(fā)生了三次倒轉。

印度科學家做出的這個結果卻過于駭人聽聞：2012年，我們中的大多數(shù)人都有機會親歷這場災難。

根據(jù)他們的描述，地球和太陽的磁極顛倒將會引起電子故障，鳥類、魚類等眾多依靠地磁辨別方向的遷徙動物也會迷路。如果地球磁力降低為零，所造成的后果更是不堪設想：地球失去了地磁保護傘，高能宇宙粒子和太陽粒子將毀壞人造衛(wèi)星，宇宙輻射還將對人類和其它動物造成毀滅性的打擊，人類躲避災難的方法只能是藏身在地殼以下。而正常情況下，這些宇宙射線在太空中就被地球磁場吞沒了。

“這只能是業(yè)余科學家的結論！”然而，中國國內研究地磁問題的專家堅決否定了印度人做出的這一結論。

“2012年發(fā)生地球磁極倒轉是完全不可能的事情?！敝袊茖W院地質與地球物理研究所研究員徐文耀多年來致力于對地球深層結構問題的研究（主要研究地磁現(xiàn)象），他告訴本刊記者，地球磁場倒轉是一種地質事件，是一個以萬年作為時間尺度的過程。而每兩次倒轉之間更要經過幾十萬年到上百萬年的間隔，依據(jù)已經研究得到的結果，這個周期還非常不固定。因此，這樣的事件是無法預告到10年這樣的尺度之內的。

徐文耀解釋說，在一些有關地磁變化的研究論文中，科學家會用諸如“很快”之類的詞。但科學上說的“很快”，有時候指的就是千百萬年，它是相對于更長的時間跨度而言的。因此，科學家說一次地磁倒轉發(fā)生得“很快”，那也得經過好幾千年到一兩萬年。

“太陽的磁極倒轉發(fā)生周期為22年，那是科學界在幾十年以前就已經知道的?！?012年地磁倒轉’這樣的結論，只可能由那些業(yè)余‘科學家’得出，主流的科學界根本不會去理會這種所謂的‘研究結論’?！?/p>

下次地磁倒轉何時來臨？

一直以來，科學家都在探索這個問題：既然地磁倒轉的情況確實會發(fā)生，那么，下次倒轉會發(fā)生在什么時候？科學家能夠確定的是。

科學家利用這樣的原理和方法來了解古地磁變化的情況：巖漿在從高溫冷卻到低溫的過程中，會被周圍的磁場磁化，從而留下當時的磁力線方向的證據(jù)。測定這些被磁化的巖石的年齡和它的磁化情況，就可以知道那個時代地磁場的方向和強度。將各個時間段留下的巖石反映的證據(jù)依據(jù)時間的前后順序排開，就知道了不同年代地磁場的方向和強弱是不一樣的，有的時候地磁方向會發(fā)生顛倒過來的情況，地磁倒轉現(xiàn)象就這樣被發(fā)現(xiàn)。

“海底等處的沉積巖中記載了這些信息，如同錄音機把當時的情形記錄下來一樣?！毙煳囊f，可惜的是，由于地磁倒轉沒有固定的周期，盡管我們可以比較精確地測定上次它發(fā)生的時間，卻無法據(jù)此推斷它下一次何時來臨。而且，科學家還不能肯定，地磁倒轉來臨之前會有怎樣的征兆。

盡管人們還不能預測下次地磁倒轉的時間，科學家還是建議大家不必要對此擔心?！皩τ谏洗蔚卮诺罐D對地面環(huán)境和生物究竟造成了多大的影響，迄今沒有明確的結論。因此，下一次究竟會發(fā)生怎么樣的事情，現(xiàn)今也沒有辦法下定論。但依據(jù)以往測定的古地磁數(shù)據(jù)，有一點可以肯定，就是倒轉的過程中幾乎不可能出現(xiàn)零磁力的狀況，只存在磁力變小的可能?！毙煳囊f。

徐文耀介紹，所謂磁力“變得很弱”，指的也就是減小到一半或者1/3左右，這的確會影響一些高能粒子，它們在正常情況下由于地磁作用進入不了地面附近，這時可能會下降得低一些，但由于還不是零磁力，這些有害高能射線就不可能在大氣中直進直出。

徐文耀認為，此前有關地磁倒轉這一話題的一些報道太絕對、太夸張了。“對這么一個長期的地質事件，即使‘很快’就發(fā)生，跟人的一生相比，也是很遙遠的事情。我們現(xiàn)今的擔憂可以說是杞人憂天。在這么長時間緩慢發(fā)生的變化中，或許人類可以通過進化來適應它，甚至它還能給人類帶來好處呢。”

數(shù)據(jù)采集通過比較分析1979年和1980年美國“馬格塞特”號人造衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，佐以1999年發(fā)射的丹麥“阿斯泰茲”號人造衛(wèi)星收集的最新資料，科學家們發(fā)現(xiàn)了磁場弱化問題。巴黎地球物理研究所胡洛博士等人發(fā)現(xiàn)北極和南非一個地區(qū)的磁場已經變得特別弱。 胡洛博士在采訪中提到，地磁場南部比其他地區(qū)要弱30%左右。因為來自太陽的帶電粒子能夠穿透薄弱的磁性防護，一些人造衛(wèi)星已經出現(xiàn)電子故障。 羅徹斯特大學地球物理學教授約翰·塔多諾博士說：“磁場變弱的速度之快令人深思，它看起來就像我們在電腦里看到的模擬磁場倒轉一樣。” 巖石的“記憶”是怎么形成的呢?熔巖流里含有微小的礦物顆粒，它們是無數(shù)的指南針或小型磁鐵，自由地指向當時的磁場。當熔巖冷卻，其中的小指南針就固定在原地，就算磁場改變，它們也不能再移動，專家們稱它為古地磁。 古地磁研究表明，地磁場大約每50萬年倒轉一次，但是以一種隨機的方式進行，初期變化模式更是混亂。比如說，在恐龍生活的3500萬年里沒有發(fā)生一次倒轉。 輻射爆發(fā)，誰能幸存? 從全球范圍看，磁場保護地球免受太陽風和致命的粒子風暴的傷害。地磁場的崩潰會導致輻射的爆發(fā)，帶來各種各樣的破壞。1

本詞條內容貢獻者為:

張勇 - 副教授 - 西南大學資源環(huán)境學院