150年里地球磁場減弱近10% 與氣候變暖或有關(guān)聯(lián)
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地磁減弱的那些事兒
文·本報記者 王婷婷 綜合報道
圖一地球的磁場向太空綿延約58000千米。導電的地核就好比是一個巨大的電磁鐵，地球磁場就是它在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的。
圖二由3顆衛(wèi)星組成的“蜂群”衛(wèi)星群產(chǎn)生的第一組高分辨率結(jié)果顯示，地球磁場正變得越來越弱，但變?nèi)跛胶艿汀?/p>
被稱為“地球保護膜”的地球磁場在150年中減弱了近10%，甚至在一些地方出現(xiàn)了“漏洞”，這些變化預示著什么，地磁會不會發(fā)生逆轉(zhuǎn)……
在丹麥哥本哈根舉行的第三屆“蜂群”科學會議上，歐洲航天局報告，由3顆衛(wèi)星組成的“蜂群”衛(wèi)星群產(chǎn)生的第一組高分辨率結(jié)果顯示，地球磁場正變得越來越弱，但變?nèi)跛胶艿汀?/p>
蜂群衛(wèi)星群2013年11月發(fā)射升空，為科學家了解地球磁場的復雜運作提供了空前的信息。這些數(shù)據(jù)將幫助科學家更好地了解地球磁場是如何運作的、太陽活動對它產(chǎn)生怎樣的影響以及大片地球磁場正在變?nèi)醯脑颉?/p>
在接下來幾個月內(nèi)，科學家會分析這些數(shù)據(jù)，根據(jù)地幔、地殼、海洋、電離層和磁氣圈等來源了解磁場作用。這會為科學家了解從發(fā)生在地球深處的事件到太陽活動引發(fā)的太空天氣等許多自然過程提供新線索。
巨大的“氣泡”
地球表面的保護膜
地球的磁場向太空綿延約58000千米。導電的地核就好比是一個巨大的電磁鐵，地球磁場就是它在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的。由于地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，使地層的導電率極高，使得電流就如同存在于沒有電阻的線圈中，可以永不消失地在其中流動，這使地球形成了一個磁場強度較穩(wěn)定的南北磁極。
但是，電子的分布位置并不是固定不變的，并會因許多的因素影響下會發(fā)生變化，再加上太陽和月亮的引力作用，地核的自轉(zhuǎn)與地殼和地幔并不同步，這會產(chǎn)生一強大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發(fā)生一種低速運動，這種運動的積累將造成地球的南北磁極逆轉(zhuǎn)。
磁場形成了一個淚珠形狀的氣泡保護在地球表面，從而對地球上的生物形成保護膜，保護人類免遭連續(xù)轟擊地球的宇宙射線和帶電粒子的傷害。
如果地球磁場發(fā)生變化，同時受到傷害的還有圍繞地球旋轉(zhuǎn)的成千上萬顆衛(wèi)星和其他航空器，失去地球磁場的保護，它們將赤裸裸地受到外太空高能量輻射的侵害，從而變得非常脆弱。
變化！
150年里，地球磁場減弱了近10%
通過蜂群衛(wèi)星過去6個月獲得的測量結(jié)果證實地球磁場變?nèi)醯目傏厔?，同時顯示西半球磁場減弱最為明顯。
在印度洋南部等一些地區(qū)，磁場從1月以來持續(xù)增強，但地球磁場的總趨勢是在變?nèi)?。此外，最新測量值還確認磁場向北朝西伯利亞方向運動的事實。這些變化以源自地核的磁場信號為基礎。有數(shù)據(jù)顯示，在過去的150年里，地球的磁場已經(jīng)減弱了近10%。
另外通過對1980年到2000年的地球磁場研究發(fā)現(xiàn)，地球磁場存在很大的地理差異：在亞洲、太平洋地區(qū)磁場變化較小，非洲、歐洲和大西洋的變化非常大，變化最大的地區(qū)是非洲南端，在這個地區(qū)的磁場極性與正常的極性剛好相反。
大西洋南部磁場特別虛弱
在歐洲航天局的觀測中，大西洋南部磁場顯得特別虛弱，這里被稱為南大西洋磁場異常區(qū)。早在6年前，就有研究指出這一地區(qū)的磁場僅為一般磁場的三分之一，這意味著地球的磁場保護在該地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了凹陷。而南大西洋上空的衛(wèi)星暴露在強輻射中時，地球磁場的這種異常就會給它們造成一些小故障或“小難題”。
對于南大西洋的磁場異常，科學家分析，南大西洋和北冰洋下方的液體金屬地核可能出現(xiàn)了巨型渦流，從而影響了其上空的磁場。由于巨型渦流的力量足以逆轉(zhuǎn)其他渦流的方向，因此極有可能令地磁場南北極就此開始大逆轉(zhuǎn)。
與氣候變暖或有關(guān)聯(lián)
2011年，吉林大學地球探測科學與技術(shù)學院楊學祥教授等人發(fā)表的科研論文稱，地磁減弱的原因在于兩極冰蓋融化導致地殼和地幔轉(zhuǎn)動慣量減少自轉(zhuǎn)加快，由此引發(fā)核幔差異旋轉(zhuǎn)在數(shù)值和方向上的改變。在磁場減弱和磁極反向過程中，太陽輻射的增強和核幔熱能的釋放與災害有一一對應關(guān)系。
地球歷史表明，強地磁場對應地球的寒冷氣候，如第四紀冰期；弱地磁場對應高溫氣候，如中生代的溫暖期。地磁場減弱也是全球變暖的原因之一：地磁場減弱導致更多太陽能量進入地球。
2013年，來自日本的一項研究也印證了這個觀點。日本海洋研究開發(fā)機構(gòu)的研究小組發(fā)現(xiàn)，冰蓋大小出現(xiàn)變化后，地球自轉(zhuǎn)速度就會受到影響。為了調(diào)查地球自轉(zhuǎn)速度變化與地球磁場變化的關(guān)系，研究小組利用計算機模型推算發(fā)現(xiàn)，地球磁場強度會隨地球自轉(zhuǎn)速度的變化而變化。即使自轉(zhuǎn)速度只有2%的變化，磁場強度的變化會達到20%至30%。
這一研究成果顯示，地球磁場會受到氣候變化的長期影響。研究人員認為，由于全球氣候在變暖，冰蓋正在不斷減少，雖然規(guī)模還相當小，但是地球的自轉(zhuǎn)速度和磁場強度有可能相應出現(xiàn)變化。
逆轉(zhuǎn)？
地球磁性曾在78萬年以前逆轉(zhuǎn)
在地質(zhì)勘測中，研究火山巖和沉積物中的金屬粒子，能夠了解的遠古時代的地球磁場，許多國家已經(jīng)從這類研究中查到了地磁逆轉(zhuǎn)的證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，磁場在最近600萬年間發(fā)生了三次翻轉(zhuǎn)，而這三次的間隔時間不等。
有研究顯示，最近一次引起磁場巨大變化的是在78萬年以前磁性逆轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的。當南北磁性倒轉(zhuǎn)后，確立新的磁極需要一段時間，而磁性也將經(jīng)過很長的一段時間才能恢復，因此地球的磁場就會相應地減弱。
地磁減弱預示下一次逆轉(zhuǎn)即將發(fā)生？
地磁逆轉(zhuǎn)是在很長的時間尺度上發(fā)生的，發(fā)生逆轉(zhuǎn)前，磁力會急劇減弱，甚至出現(xiàn)零磁場，就是說磁場衰減是翻轉(zhuǎn)過程中的一種現(xiàn)象。近年來的一些研究表明，下一次磁性逆轉(zhuǎn)即將發(fā)生。
我國從事地球動力學和自然災害研究的學者曾在接受媒體采訪時指出，目前有些地區(qū)地磁場的強度確實有下降的趨勢，但是否意味著磁場的強度還會持續(xù)降低，是否意味著地磁將要在未來千百年的尺度內(nèi)翻轉(zhuǎn)，科學家還存在爭議，需要繼續(xù)觀測和深入研究。
延伸閱讀
太陽每隔11年完成一次磁極倒轉(zhuǎn)
每隔11年，太陽就會經(jīng)歷一次完全的磁極倒轉(zhuǎn)，此時太陽的南北磁極就會顛倒過來。這一過程將會對整個太陽系產(chǎn)生影響。
盡管目前我們還無法理解這一過程發(fā)生的內(nèi)部機制，但美國斯坦福大學維爾克斯太陽觀測臺的研究人員自從1975年以來一直堅持每天對太陽磁場情況進行記錄和監(jiān)視。自從觀測記錄開始以來，這將是四次記錄到太陽磁極倒轉(zhuǎn)事件。
每一個磁極倒轉(zhuǎn)的開端都可以從太陽黑子的行為上體現(xiàn)出來。太陽黑子是太陽表面的強磁場區(qū)，當一個磁極倒轉(zhuǎn)周期開端之時，黑子會在接近太陽赤道的區(qū)域出現(xiàn)。在大約1個月的時間內(nèi)，這些太陽黑子會逐漸解體并從赤道向兩極移動。
托德·何塞馬(Todd Hoeksema)自從1978年以來便一直在斯坦福工作，現(xiàn)在是維爾克斯太陽觀測臺的臺長。他指出，當這些帶有新磁極特征的黑子抵達極區(qū)，它就會抵消原有的磁場極性。此時太陽的磁場逐漸趨向于消失，隨后再次反彈增強，并完成一次太陽磁極反轉(zhuǎn)過程。何塞馬表示：“這就有點像是大海中的潮起潮落。每一次小的潮頭都會帶來更多的水量，但最后全都會退去?！?/p>
太陽發(fā)生磁極倒轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響是深遠的：太陽磁場影響的空間范圍構(gòu)成一個巨大的氣泡狀結(jié)構(gòu)，被稱作“日球?qū)印?，其延伸一直要到冥王星軌道之外，目前美國宇航局的旅行者號飛船剛剛通過這一太陽系邊緣區(qū)域。另外，太陽活動的高峰期一般同樣發(fā)生在其發(fā)生磁極轉(zhuǎn)變的時期，在此期間除了黑子數(shù)量增加之外，太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射(CME)同樣是非常頻繁的。
當然，太陽磁極的轉(zhuǎn)變以及太陽帶電粒子的爆發(fā)對于地球也會產(chǎn)生影響。當大量來自太陽的帶電粒子轟擊地球高層大氣時，便會出現(xiàn)美麗的極光現(xiàn)象。太陽活動的強弱也將對地球上的供電網(wǎng)絡，衛(wèi)星以及GPS定位系統(tǒng)等產(chǎn)生不同程度的影響。為此，科學家們必須不間斷地對太陽活動和空間天氣狀況開展連續(xù)監(jiān)視。何塞馬表示：“我們也會考察這一事件對其他行星產(chǎn)生的影響。木星上會出現(xiàn)風暴，土星上出現(xiàn)極光，這些都會受到太陽活動的影響?！?/p>
