日本科學家們發現了773000年前地球的最後一次磁極逆轉

2020-11-22 騰訊網

地球最後一次磁極倒轉的時間定了！快來看看日本科學家的新發現！

日本科學家發現了773000年前最後一次地球磁極倒轉的詳細記錄。其實每隔20萬到30萬年，地球的磁極就會發生倒轉，其中北極變成了南極，南極變成北極；這種巨變的過程是發生於無形之中的。

最後一次磁極倒轉由於距今時間太長而顯得格外特殊，因為磁極保持著現有方向已大約有75萬年了。一項新的研究揭示了這次磁極倒轉的一些細節。

對地球磁場的研究被稱為古地磁學，它主要包括對巖石和沉積物的研究，有時也將考古材料納入其中。巖石在熔化、凝固的過程中保留了地球磁場倒轉的記錄，它們是磁地層學相關領域的研究對象，研究人員通過測定巖石的年代可以擬構出地磁反轉的時間軸。

最後一次倒轉以其共同發現者的名字被命名為」Matuyama-Brunhes地磁倒轉」， 這兩位共同發現者是分別來自法國和日本的地球物理學家Bernard Brunhes和Motonori Matuyama。「Matuyama-Brunhes 地磁倒轉」被發現以來，研究人員一直致力於定位其發生到完成的確切時間。

這項新研究的題目是「日本中部千葉綜合區的Matuyama–Brunhes地磁極性倒轉的完整序列」，首作是日本國家極地研究所項目研究員、日本國家先進工業科學技術研究院博士後研究員Yuki Haneda。這篇論文發表在《地球與行星科學進展》雜誌上。

熔巖流是熔巖凝固時地球磁極方向的可靠指標，但它們更像是凝固瞬間的快照，無法提供完整的時間表。

夏威夷的 K?lauea火山熔巖橫穿馬路，當其凝固時，它可以保存地球磁場的證據。

熔巖流對我們認識熔巖凝固時的地球磁場非常有用，「然而，由於噴發的間斷性，熔巖序列無法提供連續的古地磁記錄，」論文首作Haneda在新聞發布會上如是說。

在一些沉積物中可以找到較好的記錄，這些沉積物可以在很長一段時間內形成。其中一個沉積物被稱為千葉複合剖面。千葉複合剖面位於日本，地球物理學家認為其是松山-布容地磁反轉（Matuyama-Brunhes geomagnetic reversal）的一個非常詳盡的記錄。

研究員Yuki Haneda表示，「在這項研究中，我們收集了新的樣本，並對千葉複合剖面的樣本進行了古生物和巖石磁分析。千葉複合剖面是日本中部一個連續的、擴展的海洋演替以重建松山-布容地磁逆轉的完整序列。」據Haneda說，千葉複合剖面被廣泛認為包含了松山-布容地磁反轉最詳細的海洋沉積記錄。它是中更新世亞統和千葉期下邊界的國際標準，該階段正是智人作為一個物種出現的時期。

千葉複合剖面以其保存完好的花粉和海洋微化石、大化石而著稱。此外，這裡還存在著火山碎屑層。火山碎屑是火山噴發時產生的一種碎屑物質，通常稱為火山灰。總而言之，千葉提供了松山-布容地磁反轉前後最可靠的年代地層學框架。

Yuki Haneda（左，上圖）及其同事從千葉複合剖面收集樣品，千葉複合剖面顯示了日本中部的一個連續和擴展的海洋演替（資料來源：NIPR/AIST/茨城大學）。他們的發現與其他一些研究發現的情況相反，尤其是在反轉所需時間方面。一些研究表明，反轉花費了幾千年的時間，而另一項研究表明，反轉的時間約為一個人壽命的長度。時間估算的長短主要取決於研究人員在地球上收集證據的位置。這項基於千葉複合剖面的研究表示，地磁反轉是在約2萬年的時間中完成的，其中包括1萬年導致反轉的不穩定期。

Haneda表示，「我們的數據是松山-布容地磁逆轉期間最詳細的古地磁記錄之一，為了解地磁反轉的機制提供了深刻的認識。」

該研究的這張圖標顯示了研究區域在日本房總半島的位置。（圖片來源：Haneda et al.，2020.）在千葉複合剖面所發現的海洋微化石和花粉也為磁場反轉提供了線索。研究團隊接下來將對化石和花粉進行研究，以了解更多信息。

關於地磁倒轉的潛在問題是「它們會造成什麼影響？」這已經超出了研究範圍，但是可以成為其他一些研究的焦點。

有一些研究者猜測地磁倒轉對氣候變化有影響。儘管這個猜測還沒有充分得到證實，但是一些科學家已經給出了地磁倒轉將如何影響氣候的一些構想。

2006年,一隊研究者在美國地球物理聯合會秋季會議上做了一場題為「地球的磁場是否影響氣候」的宣講。當提到影響地球氣候變化的一些已得到認同的原因時，團隊成員說：「磁場因素很少被提及，也很少有人關注去尋找能夠證明氣候和磁場變化關係的證據。

存在於地球內部和周圍的磁場和電流產生的複雜能量，對我們每天的生活都有著不可估量的影響。據ESA/ATG媒體實驗室：「最有意思的表現應當是近期提出的古地磁脈衝現象，這些似乎都與很多氣候大事件有關。」

古地磁脈衝是一些在地球地磁場內的局部快速變化。儘管它只是和氣候有些許關係，但看似不經意的聯繫，也可能在將來某一天被證實。所以磁場倒轉是否也與氣候有某種不經意的聯繫呢？

磁場倒轉對動物的影響也同樣是一個吸引人而且開放的問題。許多動物都要進行長期的遷徙旅程，比如鯨、鳥類、海龜等。有證據表明，一些需要遷徙的物種會依靠地球的磁場來導航，這種現象被稱為磁感。

那麼地磁倒轉對這些依賴於磁感的生物有什麼影響呢？

在倒轉過程中，不僅僅會改變原來磁極的位置，而且磁場強度會隨著這個過程減小。或許臨時磁極會出現在在赤道，甚至同時出現多個臨時地極。這些地極還可以四處移動，離開它們原本的位置或者再返回原處，直到最終完成地極轉換。

磁場倒轉對動物的影響還並不明確，但是一些證據表明太陽風暴的磁活動可以對這些需要遷徙的鯨產生幹擾，甚至最後會讓他們自己遊到海灘造成擱淺。

加利福尼亞灰鯨比如母鯨和小鯨在太陽耀斑產生的宇宙射電脈衝時在海洋中滯留（迷路）的可能性是平時的4.3倍，這進一步證明了它們是通過地球磁場導航的。地磁逆轉會對它們產生什麼影響呢？圖片來源：尼古拉斯·梅塞尼·諾阿杜，一次逆轉，地球磁場的保護作用就會減弱。在一次反轉的過程中，更多的太陽輻射可能會到達地球表面，這可能會像太陽風暴一樣使鯨魚等動物處於危險之中。然而，關於這一點的證據並不清楚。

無論如何，地球上的生命在歷經了多次地磁逆轉還是存活下來了，並且依然繁榮昌盛。現代人類還未曾經歷過磁極逆轉，所以觀察下一個的逆轉將會是非常有益的。磁極逆轉最有可能的影響到我們的電力和通信系統，包括衛星。隨著全球磁場的減弱，更多的太陽輻射可以通過大氣層（到達地球表面）。從卡林頓事件中我們可以知道這種可能會非常具有破壞性。雖然這項研究並不能解決所有與此相關的問題，但是它確實可以提高我們對於之前的磁極逆轉的理解。

作者總結道：「我們的研究結果提供了M–B地磁反轉的詳細和擴展的沉積記錄，並為進一步了解地磁反轉的機制和動力學提供了有價值的新信息。」。

相關知識

卡林頓事件[1]是1859年9月1日至2日，太陽活動周期10（1855-1867）期間的一次強大的地磁風暴。一次日冕物質拋射（CME）擊中地球的磁層，引發了有史以來最大的地磁風暴。英國天文學家理察·卡林頓和理察·霍奇森觀測並記錄了太陽光球層中相關的「白光耀斑」。風暴造成了強烈的極光顯示，並對電報系統造成了嚴重破壞。該耀斑現在的標準唯一IAU標識符是SOL1859-09-01。

作者：EVAN GOUGH

FY：Astronomical volunteer team

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