地磁场逆转之谜

玥　声

科学资料表明，现在的地磁场正在减弱，在过去的百年间地磁减少了大约5％。如果按这个比例继续减少，再过大约2000年，地磁场就会完全消失。但是，从最新的观测结果获知，地磁的减少速度正在加快，有可能提前1200年就会消失。

那么，地磁的逐渐消失，将会给地球上的生物带来什么样的影响呢?我们知道，正因为地球上有磁场，人们一旦在荒漠或密林中迷失方向，可以借助罗盘确定方位，走出险境。其次，这个磁场为地球筑起一道坚固的屏障，阻止了来自太阳的有害射线，保护了地球上的一切生物免遭灭绝。如果磁场的屏障消失，那么臭氧洞将遍布全球大气平流层，地球上的一切生命将暴露在太阳高能粒子的辐射之下。另一方面，随着地磁的逐渐消失，设想700年后，我们将不用特意到阿拉斯加去观赏极光，在自己的家门口就能眺望极光，这也许可以说是非常浪漫和富有诗意。但是，那时的人们却丝毫高兴不起来，因为磁场构筑的屏障的减弱，使来自太阳的高能粒子或有害紫外线直射到地表，人们外出将不得不穿上紫外线防护服。

来自考古界的证据

科学家们惊异地发现，在过去的几百万年间，这种地磁消失并发生逆转的现象竟达十余次之多。其中距今最近一次发生在70万年前，那是爪哇猿人的年代。原来地球磁场的强度、方向变化，可以通过测定熔岩或其他沉积物的磁性来确定。这是因为含磁性体的砂土或火山灰经过长年累月的沧桑变迁，沉积到海底，磁性体沿着地磁方向排列，慢慢地在海底出现隆起的地表，这就是刻在大地上的磁记录。通常，这个堆积速度是每千年达40厘米左右。

但是在日本近海，因江河流入大量砂土，结果比正常的堆积速度快了近10倍，每千年堆积到3米以上。如日本千叶县房总半岛的养老川地层，是当今世界唯一残存的高密度磁记录，而且恰好残存的是大约70万年前从磁场消失到逆转时期的记录。它为人类研究过去的地磁逆转现象提供了有力的依据。

通过对房总半岛地层的磁记录分析获知，70年万前的磁场逆转现象是在几百年到上千年的较短时期完成，但是这时的磁场方向却与原来完全相反了，在这同时，有大约40％的生物灭绝，所以说地磁消失是对生物毁灭性打击的大变异。

生物大量灭绝可从一种带壳的有孔虫的微小生物化石中获知。地磁逆转期间，在海洋表层生息的有孔虫数量锐减到1/5，而随着海水深度的加大，其影响逐渐减小。这是因为地磁场的屏障效应减弱，导致臭氧层被加速破坏，结果是有害的紫外线直射地表，使生息在海洋表面的有孔虫大量死亡。

另一方面，在碳的同位素中，具有碳12的二氧化碳比具有碳13的二氧化碳更易在光合作用中被摄取。即植物茂盛期光合作用活跃，空气中、海水中的碳12比率下降。但是在地磁逆转期间，碳12的比率却上升1‰多。这是由于生物死亡，使含于体内的大量有机碳释放到空气和海水中的缘故，而且正是这种有机体释放的二氧化碳，引起了温室效应，使全球气候变暖。

恐龙灭绝与地磁消失

从近海表面的有孔虫剧减不难推测，地球逆转对包括恐龙在内的生物的灭绝也有一定影响。首先，从地磁场的结构来看，除了双极成分即N－S两个极构成的地磁场外，还有多极成分。通常磁场逆转指的是这种双极成分，占整个地磁场的90％，余下的10％是多极成分。所谓地磁消失是指双极成分消失，而多极成分不变。所以，地磁消失之际并非整个磁场消失为零，而是减弱到10％，且因为是多极，到处形成弱磁极。由于地球自转，如果恰好在赤道中有磁极，则那个磁极将获取来自太阳的高能粒子，它给生命带来不可估量的毁灭性影响。

从现存的化石获知，迄今为止，地球的生物已经历了几次大灭绝。不可思议的是，引起这种生物大灭绝的时间，恰恰与地磁场漂移逆转同步。特别是二叠纪末与白垩纪末的生物大灭绝与地磁场的逆转发生在同一时间。

提起白垩纪末生物的灭绝，最为人们关注的莫过于恐龙的灭绝了。因此，也有人认为地磁场的消失是恐龙灭绝的原因。但是，历年来大多数科学家都比较关注彗星等天体对地球的冲撞和火山爆发两种假说，而不太重视地磁场逆转的影响。也有人提出以天体对地球的冲撞为契机，引起地磁逆转的假说。事实上，70万年前的地磁场逆转之前，确有陨石坠落在澳大利亚近海的证据。但是，专家仔细研究认为，天体的冲撞怎么也不会构成地磁场逆转的契机。

近年来科学家发现火山活动与磁场逆转的出现频率有密切的关系，有的学者称这是揭示地磁场生成的突破口。以白垩纪为例，这是个非常特别的时代。通常是几十万年一次引起磁场逆转，学者将这个时期称为“静止期”。另外，有证据表明，这个时期地球火山活动变得十分活跃。然而在白垩纪末却发生了磁场消失：难怪恐龙对这突如其来的变化以及随之而来的紫外线直射缺乏抵抗能力，导致了它的灭绝。

逆转或许是“正常”的

那么，磁场的逆转到底是什么原因引起的呢?目前，对其成因大体上有两种假说。一种假说认为，由于某些外在原因，例如极地的冰原发达，则赤道附近蒸发的海水向极地流动，这犹如花样滑冰者一边旋转、一边将胳膊紧紧抱住身体一样，使旋转加快，引起磁场的逆转。

另一种假说认为，原来地球磁场的生成结构中已包含了引起磁极倒转的因素。但我们对地磁场的生成原因至今还几乎一无所知。日本科学家本藏通过计算机模拟制作地磁场产生的模型。据他分析，地球的磁场是由地球对核的热对流构成，即所谓的自激发电机理论。

地球不是永磁铁。按照自激发电机原理，如果在磁场的内部移动导体则产生电流，那个电流构成磁场，接着导体在那个磁场内部移动下产生逐渐被放大的电流，使原来的弱磁场增强起来。最终因热能的消耗，使磁场增强到一定程度就稳定下来，形成现在的基本地磁场。由于假设在旋转与磁场之间有能量交换那样的自激发电机，所以磁场的逆转就很简单地发生，而且地磁场本身就具有逆转性质。

本藏模型非常相似地描绘了地磁场生成的过程，缺点是不能反映地磁场逆转时所发生的紊乱。为此，日本的力武博士对本藏模型作了修正，改用5个发电机连接起来，结果是逆转的发生率与现实十分相仿，而且出现了与地磁场十分相似的紊乱现象。

鉴于现在的地磁场正在减少，如果按几率来看，无法保证不走向地磁消失。为此，人们正在研究不让地球的暴怒使“发电机”停止运转的方法，当然，人类要完成这一使命还有待于遥远的未来。

责任编辑蒲晖