地球磁場始終處于運動狀態(tài)，當北極和南極的磁極互換位置時，磁場也會發(fā)生反轉。在我們這個日益依賴電子產(chǎn)品的世界里，這樣的反轉可能會嚴重擾亂通信網(wǎng)絡。但最新研究顯示，地球磁場反轉的影響可能遠比這更嚴重。
最近，科學家們首次發(fā)現(xiàn)了磁極反轉可能會對生態(tài)造成嚴重影響的證據(jù)，他們的研究將大約4.2萬年前的磁場反轉與全球范圍內的氣候劇變聯(lián)系起來。這場劇變導致了物種滅絕，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。根據(jù)美國宇航局(NASA)的說法，這種持續(xù)攪動的液體流產(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。
就像保護氣泡一樣，磁場保護地球不受太陽輻射的影響。在地球面向太陽的一側，太陽風的持續(xù)轟擊擠壓了磁場，因此磁場延伸的距離不超過地球半徑的10倍。然而，NASA認為，在地球背對太陽的一側，磁場向太空延伸得更遠，形成了巨大的“磁尾”，甚至延伸到月球之外。
地球上弧形磁力線匯聚的兩個點是磁北極和磁南極。但是，雖然這些位置相對穩(wěn)定，但兩極以及磁場本身并非總是存在于固定的位置。大約每隔20萬到30萬年，磁場就會減弱到足以完全反轉極性的地步。NASA認為，這個過程可能需要數(shù)百年甚至數(shù)千年的時間。
這項研究的主要作者、新西蘭奧塔哥大學地質系名譽教授艾倫·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家，過去的磁極反轉發(fā)生在何時。這些分子與它們沉積時的磁場一致，因此它們指示了磁北極所在的位置。
最近，研究人員質疑，發(fā)生在4.1萬到4.2萬年前的拉尚漂移(Laschamps Excursion)這次相對較近的短暫極性反轉，是否與當時地球上的其他劇變有關，此前這些變化并未被歸因于磁層活動所致。研究人員懷疑，在我們的保護性磁場反轉時，太陽和宇宙輻射可能會對大氣產(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向了另一個潛在的氣候數(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的那段時期內碳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，當磁場減弱時，大氣中放射性碳的水平會升高。
庫珀稱：“一旦我們從貝殼杉樹干記錄中計算出確切的時間，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，大約在這個時候，澳大利亞的巨型動物開始滅絕，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測試可能導致大范圍氣候劇變和相關物種滅絕的原因。庫珀解釋說，他們發(fā)現(xiàn)，弱磁場(大約是正常強度的6%)可能會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)生頻繁的閃電風暴，使天空看起來像“某種類似災難電影中的場景”。
大約在那個時候，另一個重大變化發(fā)生在智人身上，洞穴藝術開始出現(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(xiàn)代土著群體中。他說，弱磁場帶來的較高紫外線水平可能會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來保護皮膚。
科學家無法準確預測我們的磁場下次反轉可能發(fā)生的時間。然而，根據(jù)這項研究，許多跡象表明地球磁場反轉的時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變化會如何影響全球范圍內的環(huán)境。科學家們寫道：“總的來說，這些發(fā)現(xiàn)提出了一些重要的問題，即在更深的地質記錄中，磁場反轉和漂移如何對進化產(chǎn)生影響。”
