地球磁場(chǎng)始終處于運動(dòng)狀態(tài)，當北極和南極的磁極互換位置時(shí)，磁場(chǎng)也會(huì )發(fā)生反轉。在我們這個(gè)日益依賴(lài)電子產(chǎn)品的世界里，這樣的反轉可能會(huì )嚴重擾亂通信網(wǎng)絡(luò )。但最新研究顯示，地球磁場(chǎng)反轉的影響可能遠比這更嚴重。

　　最近，科學(xué)家們首次發(fā)現了磁極反轉可能會(huì )對生態(tài)造成嚴重影響的證據，他們的研究將大約 4.2 萬(wàn)年前的磁場(chǎng)反轉與全球范圍內的氣候劇變聯(lián)系起來(lái)。這場(chǎng)劇變導致了物種滅絕，并重塑了人類(lèi)行為。

圖1：在地球上的白晝部分，磁場(chǎng)重聯(lián)將來(lái)自太陽(yáng)的物質(zhì)和能量匯集到地球的磁場(chǎng)環(huán)境中

　　地球磁層(即環(huán)繞地球的磁障)起源于熱熔融金屬?lài)@其鐵核的攪動(dòng)。根據美國宇航局(NASA)的說(shuō)法，這種持續攪動(dòng)的液體流產(chǎn)生的電力反過(guò)來(lái)又回產(chǎn)生磁力線(xiàn)，這些磁力線(xiàn)呈現弧形連接著(zhù)兩極。

　　就像保護氣泡一樣，磁場(chǎng)保護地球不受太陽(yáng)輻射的影響。在地球面向太陽(yáng)的一側，太陽(yáng)風(fēng)的持續轟擊擠壓了磁場(chǎng)，因此磁場(chǎng)延伸的距離不超過(guò)地球半徑的 10 倍。然而，NASA 認為，在地球背對太陽(yáng)的一側，磁場(chǎng)向太空延伸得更遠，形成了巨大的“磁尾”，甚至延伸到月球之外。

　　地球上弧形磁力線(xiàn)匯聚的兩個(gè)點(diǎn)是磁北極和磁南極。但是，雖然這些位置相對穩定，但兩極以及磁場(chǎng)本身并非總是存在于固定的位置。大約每隔 20 萬(wàn)到 30 萬(wàn)年，磁場(chǎng)就會(huì )減弱到足以完全反轉極性的地步。NASA 認為，這個(gè)過(guò)程可能需要數百年甚至數千年的時(shí)間。

　　這項研究的主要作者、新西蘭奧塔哥大學(xué)地質(zhì)系名譽(yù)教授艾倫·庫珀(Alan Cooper)表示，保存在火山沉積物和其他沉積物中的磁性分子告訴科學(xué)家，過(guò)去的磁極反轉發(fā)生在何時(shí)。這些分子與它們沉積時(shí)的磁場(chǎng)一致，因此它們指示了磁北極所在的位置。

　　最近，研究人員質(zhì)疑，發(fā)生在 4.1 萬(wàn)到 4.2 萬(wàn)年前的拉尚漂移(Laschamps Excursion)這次相對較近的短暫極性反轉，是否與當時(shí)地球上的其他劇變有關(guān)，此前這些變化并未被歸因于磁層活動(dòng)所致。研究人員懷疑，在我們的保護性磁場(chǎng)反轉時(shí)，太陽(yáng)和宇宙輻射可能會(huì )對大氣產(chǎn)生足夠的影響，從而影響氣候。

　　“餅干”中的線(xiàn)索

　　根據這項研究，之前對格陵蘭冰芯的研究可以追溯到拉尚漂移，但并沒(méi)有揭示氣候變化的證據。但這一次，研究人員將他們的注意力轉向了另一個(gè)潛在的氣候數據來(lái)源，即來(lái)自新西蘭北部沼澤保存的貝殼杉(Agathis Australis)。

　　他們從保存下來(lái)的樹(shù)干上切下橫截面(稱(chēng)為餅干)，并觀(guān)察了包括拉尚漂移在內的那段時(shí)期內碳 14(放射性元素)水平的變化。他們的分析顯示，在拉尚漂移期間，當磁場(chǎng)減弱時(shí)，大氣中放射性碳的水平會(huì )升高。

　　庫珀稱(chēng)：“一旦我們從貝殼杉樹(shù)干記錄中計算出確切的時(shí)間，我們發(fā)現它與世界各地氣候和生物變化的記錄完全吻合。”例如，大約在這個(gè)時(shí)候，澳大利亞的巨型動(dòng)物開(kāi)始滅絕，歐洲的尼安德特人也在衰落，這些地方生態(tài)系統與氣候有關(guān)的變化可能加速了他們的滅亡。

　　然后，研究人員使用計算機氣候模型來(lái)測試可能導致大范圍氣候劇變和相關(guān)物種滅絕的原因。庫珀解釋說(shuō)，他們發(fā)現，弱磁場(chǎng)(大約是正常強度的6%)可能會(huì )導致重大的氣候影響，包括強烈的電離輻射破壞臭氧層，紫外線(xiàn)穿過(guò)大氣層，太陽(yáng)能量被大氣吸收的方式發(fā)生改變等。

　　庫珀還說(shuō)，嚴重電離的大氣層也可能在世界各地產(chǎn)生燦爛的極光，并產(chǎn)生頻繁的閃電風(fēng)暴，使天空看起來(lái)像“某種類(lèi)似災難電影中的場(chǎng)景”。

　　圖2：西班牙 El Castillo 洞穴中的紅色赭色手印制作于近 4.2 萬(wàn)年前，研究人員認為這可能是人類(lèi)涂抹防曬霜的標志

　　大約在那個(gè)時(shí)候，另一個(gè)重大變化發(fā)生在智人身上，洞穴藝術(shù)開(kāi)始出現在世界各地。庫珀說(shuō)，這包括首批紅色赭色手印，“我們懷疑這實(shí)際上是涂抹防曬霜的標志”，這種做法仍然存在于納米比亞的現代土著(zhù)群體中。他說(shuō)，弱磁場(chǎng)帶來(lái)的較高紫外線(xiàn)水平可能會(huì )促使人類(lèi)在洞穴中尋找避難所，或者迫使他們用防曬礦物質(zhì)來(lái)保護皮膚。

　　科學(xué)家無(wú)法準確預測我們的磁場(chǎng)下次反轉可能發(fā)生的時(shí)間。然而，根據這項研究，許多跡象表明地球磁場(chǎng)反轉的時(shí)間可能比我們想象的更近，這使得研究人員更迫切地需要充分了解磁場(chǎng)變化會(huì )如何影響全球范圍內的環(huán)境?？茖W(xué)家們寫(xiě)道：“總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現提出了一些重要的問(wèn)題，即在更深的地質(zhì)記錄中，磁場(chǎng)反轉和漂移如何對進(jìn)化產(chǎn)生影響。”
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