以下文章经The Conversation许可转载，The Conversation是一家报道最新研究的在线出版物。
地球磁场产生于地表以下约 3000 公里的液态铁核中，它贯穿整个地球并延伸到遥远的太空——保护地球上的生命和卫星免受太阳有害辐射的侵袭。但这种屏蔽效应并非一成不变，因为磁场强度在空间和时间上都存在显著变化。
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在过去一个世纪里，磁场强度的变化相对缓慢：最大的变化发生在南大西洋，磁场强度下降了 10%，但这仍然足以导致卫星在经过该区域时出现电子问题。然而，新的观测和建模表明，大约在公元前 1000 年左右，在一个小得多的区域内，发生了一次更为剧烈的变化，这非常奇怪。
这种“地磁尖峰”为深入了解地球隐藏内部的动力学和演化提供了潜在的全新视角，而这一视角现在才刚刚开始被揭示。
那么，什么是地磁尖峰？未来再次出现地磁尖峰的前景和影响是什么？公元前 1000 年的地磁尖峰最初是在约旦和以色列的铜渣堆中发现的。这些渣堆的年代是通过对渣堆中有机材料进行放射性碳定年法确定的。
然后，科学家们利用精密的实验室技术研究了铜，以确定当时的地球磁场强度——这依赖于一个事实，即熔化的铁快速冷却时，会凝固并带有当时磁场的特征。通过从渣堆的不同层（具有略微不同的年代和磁化强度）中取样，他们还可以了解磁场强度如何随时间变化。他们发现，铜渣记录了地球磁场强度在短短 30 年内上升然后下降了 100% 以上。
在土耳其、中国和格鲁吉亚的各种来源中，也发现了公元前 1000 年左右异常高的磁场强度。值得注意的是，在同一时期，印度、埃及和塞浦路斯的磁场强度完全正常，这表明尖峰的宽度可能只有 2000 公里。如此快速的变化发生在如此小的区域内，这使得地磁尖峰成为有记录以来地球磁场最极端的变异之一。
在约旦观测到的尖峰是地球液态核中产生的更强、更窄磁性特征的结果。产生尖峰的过程仍然笼罩在神秘之中，尽管它可能与核心内铁的流动有关，铁的流动会拖动磁场（电流产生磁场）。核心从下方受热，从上方冷却，因此认为内部的铁会经历剧烈的湍流运动，类似于强烈加热的平底锅中的水。一种可能性是，尖峰被一股向上移动的铁流拉到地球核心表面。
此后，尖峰可能向西北方向移动，然后与地理极附近的其它磁性特征合并。或者，尖峰强度可能在停留在约旦下方时逐渐减弱。
所有这些情况都表明，公元前 1000 年左右地球核心顶部的液态铁的行为与今天所见的情况截然不同。我们对核心的大部分了解都来源于大约最近 200 年，这与直接磁场测量可用的时间相对应。在发现尖峰之前，没有理由怀疑公元前 1000 年的核心流动速度会与今天有很大不同——事实上，现有的模型表明几乎没有差异。
然而，解释与尖峰相关的快速变化需要比目前快五到十倍的流动速度，这在短时间内是一个巨大的变化。此外，如此狭窄的尖峰需要类似的局部流动，这与我们今天看到的全球规模的环流形成对比。铁核的流动速度可能比以前认为的更快，变化也可能更突然，以及过去可能发生过更极端的尖峰状事件的前景，正在挑战一些关于地球核心动力学的传统观点。
未来的影响？
地球磁场的变化通常被认为不会对生命产生直接影响，但由于我们对电子基础设施的依赖，可能会产生重大的社会影响。各种效应可能会因地球磁场与来自太阳的带电粒子之间的相互作用而产生。
尤其重要的是地磁暴（由太阳风引起），已知地磁暴会导致电力中断以及卫星和通信系统中断。严重风暴的经济影响估计会高达数十亿英镑，其重要性现已反映在国家风险登记册中。
地磁暴往往在地球磁场异常薄弱的地区最为普遍。尖峰是磁场异常强的区域，但自然界的基本定律意味着它们必然伴随着地球上其他地方磁场较弱的区域。关键问题是磁场是在大范围内稍微减弱，还是仅在小范围内变得非常弱。后一种“反尖峰”情景可能类似于或比当前南大西洋的薄弱点更极端。
是否会再次出现更多尖峰还很难说。直到最近，约旦尖峰还是有史以来唯一观测到的此类事件。然而，现在有诱人的新证据表明，在德克萨斯州也存在另一个尖峰状特征，时间也在公元前 1000 年左右。我们对尖峰应该是什么样子、它们如何随时间变化以及它们与地球核心中液态铁的运动有何关系的理解也在迅速提高。
再加上模拟地球核心动力学的数值模拟，可能很快就能首次预测尖峰发生的频率以及过去可能发生（以及未来可能发生）的最可能位置。结果可能表明，它们比我们想象的更常见。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。