众所周知，地球磁场会以某种令人不安的规律性翻转方向：磁北极切换到南极，反之亦然。驱动这种变化的processes（过程）尚不清楚；科学家们知道上次逆转发生在约773,000年前，但我们星球核心究竟发生了什么导致这种变化尚不清楚。然而，一项新的研究可能有助于阐明潜在的原因，因为它表明逆转所需时间比我们想象的要长得多。这些发现也可能对下一次翻转期间的人类产生潜在影响。
在他们今天发表在科学进展上的论文中，威斯康星大学麦迪逊分校的布拉德·辛格和他的同事计算出，地球上一次磁场逆转大约耗时22,000年。之前的研究估计，这种现象持续的时间在4,000到9,000年之间。新的数字意味着这种转换比我们想象的更动荡。“逆转过程要复杂得多，而且在我们的估计中持续时间更长，”辛格说。“我们的研究表明，驱动和推动地磁场逆转的过程更加漫长和复杂。”
为了进行计算，该团队使用了来自一系列来源的数据，这些来源保存了关于地球先前磁场转换的历史信息，即所谓的Matuyama-Brunhes逆转。证据之一是熔岩流，它就像一个时间胶囊，因为其富含铁的矿物质在熔岩硬化时会与地球磁场的方向对齐。研究人员可以检查熔岩流中氩的同位素来确定它们的年代，并清晰地描绘出特定时间点磁场的活动情况。
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研究结果表明，地球磁偶极场大约在795,000年前开始崩溃，并经历了所谓的偏移，即磁场强度降至其原始强度的很小一部分，但并未逆转。上一次偏移——拉斯尚事件——发生在约41,000年前。在784,000年前略有恢复后，地球磁场再次崩溃，并在11,000年后最终切换方向，极性逆转的最终过程持续了4,000年。“熔岩流记录清楚地表明，在最终的最终逆转之前，发电机组曾两次尝试逆转极性，”辛格说。
结果可能对地球下一次磁场逆转产生重要影响，一些科学家认为我们可能正在接近。在偏移或逆转期间，磁场会大大减弱，并允许更多的宇宙射线到达地球表面。如果到达地表的宇宙射线过多，这些来自太空的高能粒子可能会对地球上的生命造成损害。此外，轨道上的卫星将不再有地球磁场来保护其敏感的电子设备，使其更容易受到宇宙射线损害。“如果偶极子消失了，保护我们免受入射宇宙射线粒子侵袭的盾牌也将消失，”欧洲环境地球科学研究与教学中心 (CEREGE) 的昆汀·西蒙说，他没有参与这项研究。
通过确定逆转的持续时间，研究人员还可以研究地球核心在事件期间发生的细节。“可能需要削弱磁场数千年才能发生逆转，因为内核是固体的，”辛格说。“如果你关闭液态外核中的磁场，固态内核内部的磁能需要数千年才能离开。”
然而，并非所有人都同意辛格的发现。同样在 CEREGE 的尼古拉斯·图维尼表示，从海底沉积物岩心中获得的证据表明，逆转持续时间最多为 8,000 年，而不是 22,000 年，并且熔岩流数据“无法提供可靠的时间序列”。然而，辛格表示，熔岩流数据在其他观测中得到了证实。他认为，图维尼和他的同事未能适当考虑逆转之前的时期。“我们的研究结果清楚地表明，在直到这个短暂时期之前的22,000年中，外核发电机变得高度不稳定，并在773,000年前曾两次尝试逆转极性，”他说。未来更多的数据和分析，加上更好的地球核心模型，应该有助于确定时间，并让我们更好地预览地球磁场未来可能发生的情况。