地球磁場(chǎng)始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)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(zhuǎn)。在我們這個(gè)日益依賴電子產(chǎn)品的世界里，這樣的反轉(zhuǎn)可能會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂通信網(wǎng)絡(luò)。但最新研究顯示，地球磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)的影響可能遠(yuǎn)比這更嚴(yán)重。
最近，科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)了磁極反轉(zhuǎn)可能會(huì)對(duì)生態(tài)造成嚴(yán)重影響的證據(jù)，他們的研究將大約4.2萬年前的磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)與全球范圍內(nèi)的氣候劇變聯(lián)系起來。這場(chǎng)劇變導(dǎo)致了物種滅絕，并重塑了人類行為。
地球磁層(即環(huán)繞地球的磁障)起源于熱熔融金屬圍繞其鐵核的攪動(dòng)。根據(jù)美國宇航局(NASA)的說法，這種持續(xù)攪動(dòng)的液體流產(chǎn)生的電力反過來又回產(chǎn)生磁力線，這些磁力線呈現(xiàn)弧形連接著兩極。
就像保護(hù)氣泡一樣，磁場(chǎng)保護(hù)地球不受太陽輻射的影響。在地球面向太陽的一側(cè)，太陽風(fēng)的持續(xù)轟擊擠壓了磁場(chǎng)，因此磁場(chǎng)延伸的距離不超過地球半徑的10倍。然而，NASA認(rèn)為，在地球背對(duì)太陽的一側(cè)，磁場(chǎng)向太空延伸得更遠(yuǎn)，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(duì)穩(wěn)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20萬到30萬年，磁場(chǎng)就會(huì)減弱到足以完全反轉(zhuǎn)極性的地步。NASA認(rèn)為，這個(gè)過程可能需要數(shù)百年甚至數(shù)千年的時(shí)間。
這項(xiàng)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，過去的磁極反轉(zhuǎn)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4.1萬到4.2萬年前的拉尚漂移(Laschamps Excursion)這次相對(duì)較近的短暫極性反轉(zhuǎn)，是否與當(dāng)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(hù)性磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)時(shí)，太陽和宇宙輻射可能會(huì)對(duì)大氣產(chǎn)生足夠的影響，從而影響氣候。
“餅干”中的線索
根據(jù)這項(xiàng)研究，之前對(duì)格陵蘭冰芯的研究可以追溯到拉尚漂移，但并沒有揭示氣候變化的證據(jù)。但這一次，研究人員將他們的注意力轉(zhuǎn)向了另一個(gè)潛在的氣候數(shù)據(jù)來源，即來自新西蘭北部沼澤保存的貝殼杉(Agathis Australis)。
他們從保存下來的樹干上切下橫截面(稱為餅干)，并觀察了包括拉尚漂移在內(nèi)的那段時(shí)期內(nèi)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(dāng)磁場(chǎng)減弱時(shí)，大氣中放射性碳的水平會(huì)升高。
庫珀稱：“一旦我們從貝殼杉樹干記錄中計(jì)算出確切的時(shí)間，我們發(fā)現(xiàn)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)物開始滅絕，歐洲的尼安德特人也在衰落，這些地方生態(tài)系統(tǒng)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(jì)算機(jī)氣候模型來測(cè)試可能導(dǎo)致大范圍氣候劇變和相關(guān)物種滅絕的原因。庫珀解釋說，他們發(fā)現(xiàn)，弱磁場(chǎng)(大約是正常強(qiáng)度的6%)可能會(huì)導(dǎo)致重大的氣候影響，包括強(qiáng)烈的電離輻射破壞臭氧層，紫外線穿過大氣層，太陽能量被大氣吸收的方式發(fā)生改變等。
庫珀還說，嚴(yán)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，使天空看起來像“某種類似災(zāi)難電影中的場(chǎng)景”。
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)開始出現(xiàn)在世界各地。庫珀說，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(biāo)志”，這種做法仍然存在于納米比亞的現(xiàn)代土著群體中。他說，弱磁場(chǎng)帶來的較高紫外線水平可能會(huì)促使人類在洞穴中尋找避難所，或者迫使他們用防曬礦物質(zhì)來保護(hù)皮膚。
科學(xué)家無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)我們的磁場(chǎng)下次反轉(zhuǎn)可能發(fā)生的時(shí)間。然而，根據(jù)這項(xiàng)研究，許多跡象表明地球磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)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(nèi)的環(huán)境?？茖W(xué)家們寫道：“總的來說，這些發(fā)現(xiàn)提出了一些重要的問題，即在更深的地質(zhì)記錄中，磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)和漂移如何對(duì)進(jìn)化產(chǎn)生影響。”
