指南針是人類偉大的發(fā)明，它讓我們認識到地球磁場的存在，也說明地球的南北半球各有一個磁極。然而，早在20世紀初，科學家們便發(fā)現(xiàn)，地球磁場正在以每百年5%的速度減弱，如果按此速率減小下去，再過2000年，地球磁場會減小到零，甚至還將出現(xiàn)南北極磁場的倒轉(zhuǎn)。
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不過，科學家的最新研究表明，地球磁場倒轉(zhuǎn)帶來的危險可能并沒有想象中那么大，該過程也沒有以前預測的那么快到來。
地球磁場是地球與生俱來的一個自然現(xiàn)象，就像在地球內(nèi)部放置一根巨大磁棒，直觀表現(xiàn)為南北半球各有一個磁極。地球磁場的極性倒轉(zhuǎn)與地核的結構有關。地核外核是流體，在地球自轉(zhuǎn)系統(tǒng)中發(fā)生對流，如同發(fā)電機的線圈，通過感應電流產(chǎn)生磁場;內(nèi)核是固態(tài)金屬，雖不能產(chǎn)生磁場，但可以保存液態(tài)外核產(chǎn)生的磁場。“不安分”的外核流體經(jīng)常會變化對流狀態(tài)，改變磁場方向并嘗試發(fā)生極性倒轉(zhuǎn)，而內(nèi)核則起著抵制新磁場進入、保護已存磁場的作用。內(nèi)核中的磁場只有首先被耗散掉，極性倒轉(zhuǎn)才能成立。最終，只有大約1/10的極性倒轉(zhuǎn)嘗試能夠成功。這一過程如同逆水行舟，當船的動力不足以突破河水的阻力時，船只能改變航向順流而下。
通過測定特定年代巖石和古物的天然剩余磁性發(fā)現(xiàn)，地球磁場曾經(jīng)發(fā)生過多次極性倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)頻繁時平均20萬年倒轉(zhuǎn)一次，平靜期則幾千萬年不發(fā)生，而最近一次極性倒轉(zhuǎn)距現(xiàn)在已接近80萬年。
目前，地球磁場強度減弱，是否表明正處于極性倒轉(zhuǎn)的初期?事實上，地球磁場強度并不是單調(diào)衰減的。換句話說，極性倒轉(zhuǎn)會首先表現(xiàn)為地球磁場強度的衰減，但并不一定意味著極性倒轉(zhuǎn)的發(fā)生。即使會發(fā)生倒轉(zhuǎn)，也不必擔心磁場強度會降為零或是在短期內(nèi)發(fā)生。數(shù)值模擬的結果表明，一個完整的極性倒轉(zhuǎn)過程要持續(xù)數(shù)千年。而在一次極性倒轉(zhuǎn)過程中，地球磁場的形態(tài)將表現(xiàn)得非常復雜，會有多個磁極存在。
地球磁場可以避免太陽風高能粒子的輻射，但即使地球磁場強度變得很小，地表以上的大氣層也可以作為一個額外的屏障去阻止輻射。在現(xiàn)代人類生活中，受地球磁場變化影響的基礎設施如電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，可能會在未來的某一天由于強烈磁暴發(fā)生故障(磁暴是由太陽風與地球磁場相互作用產(chǎn)生的)。即便如此，人類也還有數(shù)千年甚至更長的時間去考慮應對。(趙旭東)
(作者為中國地震局地球物理研究所副研究員)
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