地球磁場的變化要比人類想象的快十倍!

磁場強度在地核和地球表面的位置會隨著時間發生變化，以致會發生磁極逆轉。之前預估這一過程需要數千年，但最新科學研究發現磁場方向的變化速度比曾經模型預測的快10倍，比現代觀測到的快100倍。

新模擬將100000年之間磁場的變化呈現在人類的眼前。

當太陽噴射出的冠狀物體接觸到地球的磁場時，一場盛大的燈光展會在天空出現，如上圖出現在冰島的北極光。

地球動態磁場的變化比任何科學家預測的還要快。

磁場像是一個氣泡包裹著地球，阻止有害的宇宙輻射和太陽光進入地球，並牽制著大氣層。但每幾百萬年，磁場的兩級會調換位置。上一次這樣的事情發生在780000年之前，這樣的變化預計需要幾千年來完成，每一年移動一度左右。

學者在最近的一片文章中指出，類似於這樣磁場方向顯著的變化，可能比預期得要快十倍，比起最近的觀測要快一百倍。

地球內部的熔岩鐵在不斷晃動，變換位置，有時會穿過超過2800千米的距離，如此控制地球的磁場。由於翻滾，可導電的岩漿產生出正負電極，如此決定磁性南北極的位置，與看不見的磁場線的形狀。

上圖：地核

磁場與地球核心的關係很複雜，他們串聯的流動使得一些區域有著強力的磁場。一些區域的磁場則較弱，並在不同時期不同，克里斯托弗·戴維斯，這項研究的領頭者說道。他是英國利茲大學地球與環境學院的一名副教授。

在地球熔岩的核心，“熔岩的流動扭曲，延長磁場，變化的磁場進一步影響著熔岩的流動，抵抗著它所經歷的變化”，戴維斯在一封郵件中如此對《科學線上》說道。

“熔岩的流動是湍流，簡單來講，與滾水在鍋中的流動相似。”他如此解釋，“所以流動與磁場的關係在不同的位置不同。”換句話說，當液態的核心“沸騰”時，熔岩的運動在不同的區域導致了上，或下方向的磁力，緊接著繼續導致了地球感受到磁場的不同。

上圖：電腦模擬展現出正常磁極點，與變成反磁極點的過程。線條代表了磁場線，藍色代表磁場線指z向中心，黃色代表磁場線指向反方向。（影象由洛斯阿拉莫斯國家實驗室提供）

這種相互影響中的一些變化在今天可被科學家觀測到，例如在高緯度地區出現的區域性高強度磁場，東西向漂浮的磁場特徵，以及處於非洲於南美洲之間的一處弱磁場點，稱為南大西洋異常區。

“但探測到過去磁場的變化並不容易。”戴維斯說。

“我們對極性反轉有所瞭解，但關於磁場在這幾千，幾百萬年之間如何改變，我們仍要展開研究。”他繼續說，“我們的研究致力於找到這個問題的答案：在這些時間線上，磁場方向的變化有多快？”

順其自然

為了找到這個問題的答案，戴維斯與這項研究的共同作者，凱瑟琳·康斯特布林（位於聖地亞哥的斯克裡普斯海洋研究所教授）一起，運用了一個由過去100000年磁場變化的資料建立的模型。戴維斯表示，磁場的變化會在許多地質中呈現出來，例如海洋沉積物，冷卻的岩漿，甚至人類製造的建築或物品。

上圖：磁場的強度在不同區域不同

“但就像所有基於地面觀測資料的模型一樣，它提供的資訊只包括地核之上的部分”，戴維斯表示，“所以我們將得到的結果與產生磁場的物理原理結合。”

戴維斯與康斯特布林發現，在磁場減弱的區域，每年變化可高達10度，這是之前模型預測的十倍，現代觀測資料的一百倍。

模型顯示，當大片的熔岩反轉方向時，磁場的方向會迅速變化。這一核心性的變化在赤道附近更加常見，與研究者所觀測到的低緯度磁場變化迅速一致。

最後，這篇研究的作者寫道，這一新現象趨勢未來的科學家將目光聚焦在赤道的附近。

FY: mjr