來源：冰河世紀
作者 | 丁寶明 中國地質大學
我們的地球能否擁有溫暖濕潤的大氣層，很大程度上取決于地磁場的保護。 在漫長的地質歷史中地磁場，地磁場實際上并不“強”。 它的磁極會不斷反轉，導致磁場強度階段性減弱。 過程中氣氛好嗎？ 地球上的生物現在過得怎么樣？
最近，《》雜志發表的一項研究給出了參考：
在地磁場反轉期間，隨著磁場減弱，大氣中的臭氧會減少，導致全球氣候劇烈變化，促進物種滅絕。
這不禁讓人擔心，同樣的悲劇會不會發生在我們身上呢？ 畢竟近年來，關于地磁場減弱的消息時不時傳出，關于地磁場反轉的猜測也甚囂塵上。
多次地磁反轉
地磁場反轉在地質史上并不罕見。 自1906年，法國地球物理學家 首次發現法國熔巖的磁化方向與當前地磁場方向相反。 據推測，地磁場可能發生了逆轉。 各國地質學家在全球范圍內進行了研究。 大量的古地磁測量和實驗。
迄今為止發現的最早的地磁記錄距今在3.5至40億年前，表明地磁場在地球形成早期就已存在——地球的年齡約為45億年。 在地磁場形成后的漫長地質時代里，科學家發現，地磁南北兩極每隔十萬年至一百萬年就會發生一次完全反轉，周期不規則。 僅在過去的8300萬年里，地磁場就翻轉了183次，而在整個地質史上，地磁場翻轉了數萬次。
地磁場反轉（示意圖）| 來自網絡
在極性反轉的過程中，地磁場的強度減弱。 與今天人類最接近的長期地磁場反轉發生在大約78萬年前，持續了近2萬年。 這被稱為布魯內斯-松山逆轉。
然而，縱觀地質歷史，并非所有地磁反轉都會持續數萬年。 有時它的方向會發生很大的變化，甚至達到180度的完整轉向，類似于極性反轉，但其持續時間很短。 這種變化稱為地磁漂移（可以理解為短時間內兩次反轉）。 ）。 例如，41000年前的地磁反轉事件僅持續了約1000年，其中地磁反轉時間僅約250年。
古樹見證了42000年前的磁場反轉事件
在這項研究中，科學家利用約4.2萬年前生長在新西蘭濕地的古老貝殼杉樹中記錄的相關信息，首次將地磁場反轉與當時大規模的環境變化直接聯系起來。 距今4200年至4100年間，地球磁極短暫反轉，引發了地球上一系列的環境危機，可能導致了澳大利亞猛犸象、巨型袋熊等一系列巨型哺乳動物的滅絕。
新西蘭貝殼杉是世界上最古老的樹木之一。 研究人員此次發現的這些古樹化石，生長于距今約4.2萬年前，擁有1700年的年輪。 通過對四塊古樹化石的橫截面進行碳14同位素分析（放射性測量），結合樹木年輪數據，研究人員證實了4.1萬年前地球磁極曾短暫反轉，發生了磁極漂移事件，同時獲得了連續 1700 年期間大氣放射性碳 14 變化的精確日期記錄。
該記錄揭示了磁極反轉之前和期間碳 14 的重大變化。
新西蘭貝殼杉（上）和化石（下）| 來自網絡
研究人員認為，地磁場可以保護地球免受來自外太空的宇宙射線（高能帶電粒子流，例如來自太陽的粒子流）的影響。 隨著地球磁場減弱，越來越多的宇宙射線進入大氣層。 產生更多的碳14，被吸收到樹木組織中并保留下來，因此碳14的變化反映了當時地磁場的變化。
研究小組發現，地磁場最強的減弱并不是發生在實際磁極反轉期間，而是發生在磁極反轉發生前的數百年，即大約42,300至41,600年前。 在實際磁極反轉期間，地磁場比現在強約 28%。 在反轉之前的過渡期間，磁場縮小至僅當前大小的 6% 左右。 研究人員將這種現象稱為“亞當斯過渡地磁事件”。
地磁場減弱導致大氣中臭氧含量減少。 研究人員模擬了磁場減弱如何改變大氣模式。 計算機分析表明地磁場，進入大氣中的帶電粒子等宇宙射線的增加，會增加大氣中氫氣和氮氧化物的產生。 這些分子往往會消耗臭氧，從而降低平流層臭氧保護地球居民免受紫外線輻射的能力。
臭氧層下降的另一個可能的證據是，大約在42,000到40,000年前，人類開始越來越多地使用洞穴，并在洞穴壁畫中留下越來越多的紅赭石手印。 赭石被認為是一種古老的防曬霜，人類可能用它來避免日益強烈的紫外線。
西班牙埃爾卡斯蒂略洞穴的墻壁上有大約 42,000 年前的赭紅色手印 | 來自網絡
消失的大型哺乳動物
那么“大滅絕”到底是怎么回事呢？ 此前的研究表明，大約4.2萬年前，澳大利亞的大型動物發生了一系列滅絕事件，其中包括巨型袋鼠、猛犸象等大型哺乳動物。 科學家們一直在爭論氣候變化或人類捕食者是否對當時這些動物的滅絕負有更大的責任。
這項研究發現，地磁場的減弱引起了地球大氣層的變化，進而影響了大氣層不同層對陽光的吸收，導致大規模的氣候變化，降低了當時地球的溫度。 研究人員利用貝殼杉樹記錄中的精確碳14年代，研究了磁極反轉事件之前和期間的沉積物、花粉和其他數據，發現從澳大利亞到安第斯山脈的一些地方突然變冷。
與此同時，研究人員對反映磁極反轉事件之前和期間太陽活動變化的冰芯記錄進行了比較和分析。 結果發現，當時太陽活動處于最低水平。 弱磁場和太陽輸出減少的同時影響，導致了當時廣泛的氣候和環境變化，這給當時的巨型動物種群帶來了壓力，導致巨型動物之間以及巨型動物與人類之間的競爭加劇，最終導致了當時的這些大型動物滅絕了。
因此，當時的氣候變化可能對這些動物的滅絕負有更大的責任。
類似的悲劇還會再次發生嗎？
近200年來，地磁場強度不斷減弱。 今天的地磁場強度與1840年相比下降了10%（不間斷的地磁記錄始于1840年），平均每百年下降5%。 2013年底，歐洲航天局發射了新一代地磁衛星Swarm。 觀測發現，地磁強度正在加速下降，比之前估計的速度快10倍。
地磁北極運動示意圖（這里應該指北磁極）| 來自網絡
同時，科學家還發現地磁北極的位置也在發生變化。 1831年首次在現場確認時，磁北極位于加拿大近北極地區的布西亞半島。 現在磁北極已越過國際日期變更線，進入東半球，并繼續向俄羅斯西伯利亞地區移動。 這是否預示著新一輪地磁反轉即將發生？
盡管地質歷史中的地磁反轉通常伴隨著地磁場強度的下降和磁極的漂移，但這并不一定最終導致地磁反轉。 也可能是地磁場的正常波動。 也許我們現在正處于新的地磁反轉的門檻，也許不是。 由于地磁場的變化極不規則，科學家無法給出準確的預測。
而且，在地磁場形成后的漫長地質時代中，地球磁極反轉發生了數萬次。 這些磁極反轉事件是否對當時的地球環境產生了巨大影響，還需要科學家繼續探索。 例如，始于78.1萬年前、長達2萬年的布尼奧尼斯-松山反轉可能會造成什么樣的長期環境破壞，這是一個更令人費解的問題。
這項最新研究成果首次考慮“極端磁場變化是否對環境產生廣泛影響”。 結果的準確性可能需要更多的研究來驗證，但它為研究人員提供了一種新的思維方式。 古人云：“以人為鏡，可以知得失；以史為鏡，可以知興衰”。 在地質研究中，廣泛采用“議古論今”的思想。 研究地質歷史中發生的事件可以幫助人們了解地球的演化。 更清晰地認識歷史對于預測地球未來的變化也具有深遠的意義。
或許在未來的某一天，人類真的能夠預測下一次磁極反轉的時間以及可能出現的氣候變化，但目前沒有人能夠預測未來是否會重演類似的事件。 與其擔心連科學家都無法預測的未來，不如抓住時機，積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，保護生態環境，共同保護美麗的地球。
