眾所周知，地球磁場會以某種令人不安的規律性翻轉方向：磁北極切換到南極，反之亦然。驅動這種變化的processes（過程）尚不清楚；科學家們知道上次逆轉發生在約773,000年前，但我們星球核心究竟發生了什麼導致這種變化尚不清楚。然而，一項新的研究可能有助於闡明潛在的原因，因為它表明逆轉所需時間比我們想象的要長得多。這些發現也可能對下一次翻轉期間的人類產生潛在影響。
在他們今天發表在科學進展上的論文中，威斯康星大學麥迪遜分校的布拉德·辛格和他的同事計算出，地球上一次磁場逆轉大約耗時22,000年。之前的研究估計，這種現象持續的時間在4,000到9,000年之間。新的數字意味著這種轉換比我們想象的更動盪。“逆轉過程要複雜得多，而且在我們的估計中持續時間更長，”辛格說。“我們的研究表明，驅動和推動地磁場逆轉的過程更加漫長和複雜。”
為了進行計算，該團隊使用了來自一系列來源的資料，這些來源儲存了關於地球先前磁場轉換的歷史資訊，即所謂的Matuyama-Brunhes逆轉。證據之一是熔岩流，它就像一個時間膠囊，因為其富含鐵的礦物質在熔岩硬化時會與地球磁場的方向對齊。研究人員可以檢查熔岩流中氬的同位素來確定它們的年代，並清晰地描繪出特定時間點磁場的活動情況。
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研究結果表明，地球磁偶極場大約在795,000年前開始崩潰，並經歷了所謂的偏移，即磁場強度降至其原始強度的很小一部分，但並未逆轉。上一次偏移——拉斯尚事件——發生在約41,000年前。在784,000年前略有恢復後，地球磁場再次崩潰，並在11,000年後最終切換方向，極性逆轉的最終過程持續了4,000年。“熔岩流記錄清楚地表明，在最終的最終逆轉之前，發電機組曾兩次嘗試逆轉極性，”辛格說。
結果可能對地球下一次磁場逆轉產生重要影響，一些科學家認為我們可能正在接近。在偏移或逆轉期間，磁場會大大減弱，並允許更多的宇宙射線到達地球表面。如果到達地表的宇宙射線過多，這些來自太空的高能粒子可能會對地球上的生命造成損害。此外，軌道上的衛星將不再有地球磁場來保護其敏感的電子裝置，使其更容易受到宇宙射線損害。“如果偶極子消失了，保護我們免受入射宇宙射線粒子侵襲的盾牌也將消失，”歐洲環境地球科學研究與教學中心 (CEREGE) 的昆汀·西蒙說，他沒有參與這項研究。
透過確定逆轉的持續時間，研究人員還可以研究地球核心在事件期間發生的細節。“可能需要削弱磁場數千年才能發生逆轉，因為核心是固體的，”辛格說。“如果你關閉液態外核中的磁場，固態核心內部的磁能需要數千年才能離開。”
然而，並非所有人都同意辛格的發現。同樣在 CEREGE 的尼古拉斯·圖維尼表示，從海底沉積物岩心中獲得的證據表明，逆轉持續時間最多為 8,000 年，而不是 22,000 年，並且熔岩流資料“無法提供可靠的時間序列”。然而，辛格表示，熔岩流資料在其他觀測中得到了證實。他認為，圖維尼和他的同事未能適當考慮逆轉之前的時期。“我們的研究結果清楚地表明，在直到這個短暫時期之前的22,000年中，外核發電機變得高度不穩定，並在773,000年前曾兩次嘗試逆轉極性，”他說。未來更多的資料和分析，加上更好的地球核心模型，應該有助於確定時間，並讓我們更好地預覽地球磁場未來可能發生的情況。