来源：冰河世纪
作者 | 丁宝明 中国地质大学
我们的地球能否拥有温暖湿润的大气层，很大程度上取决于地磁场的保护。 在漫长的地质历史中地磁场，地磁场实际上并不“强”。 它的磁极会不断反转，导致磁场强度阶段性减弱。 过程中气氛好吗？ 地球上的生物现在过得怎么样？
最近，《》杂志发表的一项研究给出了参考：
在地磁场反转期间，随着磁场减弱，大气中的臭氧会减少，导致全球气候剧烈变化，促进物种灭绝。
这不禁让人担心，同样的悲剧会不会发生在我们身上呢？ 毕竟近年来，关于地磁场减弱的消息时不时传出，关于地磁场反转的猜测也甚嚣尘上。
多次地磁反转
地磁场反转在地质史上并不罕见。 自1906年，法国地球物理学家 首次发现法国熔岩的磁化方向与当前地磁场方向相反。 据推测，地磁场可能发生了逆转。 各国地质学家在全球范围内进行了研究。 大量的古地磁测量和实验。
迄今为止发现的最早的地磁记录距今在3.5至40亿年前，表明地磁场在地球形成早期就已存在——地球的年龄约为45亿年。 在地磁场形成后的漫长地质时代里，科学家发现，地磁南北两极每隔十万年至一百万年就会发生一次完全反转，周期不规则。 仅在过去的8300万年里，地磁场就翻转了183次，而在整个地质史上，地磁场翻转了数万次。
地磁场反转（示意图）| 来自网络
在极性反转的过程中，地磁场的强度减弱。 与今天人类最接近的长期地磁场反转发生在大约78万年前，持续了近2万年。 这被称为布鲁内斯-松山逆转。
然而，纵观地质历史，并非所有地磁反转都会持续数万年。 有时它的方向会发生很大的变化，甚至达到180度的完整转向，类似于极性反转，但其持续时间很短。 这种变化称为地磁漂移（可以理解为短时间内两次反转）。 ）。 例如，41000年前的地磁反转事件仅持续了约1000年，其中地磁反转时间仅约250年。
古树见证了42000年前的磁场反转事件
在这项研究中，科学家利用约4.2万年前生长在新西兰湿地的古老贝壳杉树中记录的相关信息，首次将地磁场反转与当时大规模的环境变化直接联系起来。 距今4200年至4100年间，地球磁极短暂反转，引发了地球上一系列的环境危机，可能导致了澳大利亚猛犸象、巨型袋熊等一系列巨型哺乳动物的灭绝。
新西兰贝壳杉是世界上最古老的树木之一。 研究人员此次发现的这些古树化石，生长于距今约4.2万年前，拥有1700年的年轮。 通过对四块古树化石的横截面进行碳14同位素分析（放射性测量），结合树木年轮数据，研究人员证实了4.1万年前地球磁极曾短暂反转，发生了磁极漂移事件，同时获得了连续 1700 年期间大气放射性碳 14 变化的精确日期记录。
该记录揭示了磁极反转之前和期间碳 14 的重大变化。
新西兰贝壳杉（上）和化石（下）| 来自网络
研究人员认为，地磁场可以保护地球免受来自外太空的宇宙射线（高能带电粒子流，例如来自太阳的粒子流）的影响。 随着地球磁场减弱，越来越多的宇宙射线进入大气层。 产生更多的碳14，被吸收到树木组织中并保留下来，因此碳14的变化反映了当时地磁场的变化。
研究小组发现，地磁场最强的减弱并不是发生在实际磁极反转期间，而是发生在磁极反转发生前的数百年，即大约42,300至41,600年前。 在实际磁极反转期间，地磁场比现在强约 28%。 在反转之前的过渡期间，磁场缩小至仅当前大小的 6% 左右。 研究人员将这种现象称为“亚当斯过渡地磁事件”。
地磁场减弱导致大气中臭氧含量减少。 研究人员模拟了磁场减弱如何改变大气模式。 计算机分析表明地磁场，进入大气中的带电粒子等宇宙射线的增加，会增加大气中氢气和氮氧化物的产生。 这些分子往往会消耗臭氧，从而降低平流层臭氧保护地球居民免受紫外线辐射的能力。
臭氧层下降的另一个可能的证据是，大约在42,000到40,000年前，人类开始越来越多地使用洞穴，并在洞穴壁画中留下越来越多的红赭石手印。 赭石被认为是一种古老的防晒霜，人类可能用它来避免日益强烈的紫外线。
西班牙埃尔卡斯蒂略洞穴的墙壁上有大约 42,000 年前的赭红色手印 | 来自网络
消失的大型哺乳动物
那么“大灭绝”到底是怎么回事呢？ 此前的研究表明，大约4.2万年前，澳大利亚的大型动物发生了一系列灭绝事件，其中包括巨型袋鼠、猛犸象等大型哺乳动物。 科学家们一直在争论气候变化或人类捕食者是否对当时这些动物的灭绝负有更大的责任。
这项研究发现，地磁场的减弱引起了地球大气层的变化，进而影响了大气层不同层对阳光的吸收，导致大规模的气候变化，降低了当时地球的温度。 研究人员利用贝壳杉树记录中的精确碳14年代，研究了磁极反转事件之前和期间的沉积物、花粉和其他数据，发现从澳大利亚到安第斯山脉的一些地方突然变冷。
与此同时，研究人员对反映磁极反转事件之前和期间太阳活动变化的冰芯记录进行了比较和分析。 结果发现，当时太阳活动处于最低水平。 弱磁场和太阳输出减少的同时影响，导致了当时广泛的气候和环境变化，这给当时的巨型动物种群带来了压力，导致巨型动物之间以及巨型动物与人类之间的竞争加剧，最终导致了当时的这些大型动物灭绝了。
因此，当时的气候变化可能对这些动物的灭绝负有更大的责任。
类似的悲剧还会再次发生吗？
近200年来，地磁场强度不断减弱。 今天的地磁场强度与1840年相比下降了10%（不间断的地磁记录始于1840年），平均每百年下降5%。 2013年底，欧洲航天局发射了新一代地磁卫星Swarm。 观测发现，地磁强度正在加速下降，比之前估计的速度快10倍。
地磁北极运动示意图（这里应该指北磁极）| 来自网络
同时，科学家还发现地磁北极的位置也在发生变化。 1831年首次在现场确认时，磁北极位于加拿大近北极地区的布西亚半岛。 现在磁北极已越过国际日期变更线，进入东半球，并继续向俄罗斯西伯利亚地区移动。 这是否预示着新一轮地磁反转即将发生？
尽管地质历史中的地磁反转通常伴随着地磁场强度的下降和磁极的漂移，但这并不一定最终导致地磁反转。 也可能是地磁场的正常波动。 也许我们现在正处于新的地磁反转的门槛，也许不是。 由于地磁场的变化极不规则，科学家无法给出准确的预测。
而且，在地磁场形成后的漫长地质时代中，地球磁极反转发生了数万次。 这些磁极反转事件是否对当时的地球环境产生了巨大影响，还需要科学家继续探索。 例如，始于78.1万年前、长达2万年的布尼奥尼斯-松山反转可能会造成什么样的长期环境破坏，这是一个更令人费解的问题。
这项最新研究成果首次考虑“极端磁场变化是否对环境产生广泛影响”。 结果的准确性可能需要更多的研究来验证，但它为研究人员提供了一种新的思维方式。 古人云：“以人为镜，可以知得失；以史为镜，可以知兴衰”。 在地质研究中，广泛采用“议古论今”的思想。 研究地质历史中发生的事件可以帮助人们了解地球的演化。 更清晰地认识历史对于预测地球未来的变化也具有深远的意义。
或许在未来的某一天，人类真的能够预测下一次磁极反转的时间以及可能出现的气候变化，但目前没有人能够预测未来是否会重演类似的事件。 与其担心连科学家都无法预测的未来，不如抓住时机，积极践行“绿水青山就是金山银山”的理念，保护生态环境，共同保护美丽的地球。
