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赵旭东:地球磁极逆转依然遥不可及
  指南针是人类伟大的发明,它让我们认识到地球磁场的存在,也说明地球的南北半球各有一个磁极。然而,早在20世纪初,科学家们便发现,地球磁场正在以每百年5%的速度减弱,如果按此速率减小下去,再过2000年,地球磁场会减小到零,甚至还将出现南北极磁场的倒转。
  不过,科学家的最新研究表明,地球磁场倒转带来的危险可能并没有想象中那么大,该过程也没有以前预测的那么快到来。
  地球磁场是地球与生俱来的一个自然现象,就像在地球内部放置一根巨大磁棒,直观表现为南北半球各有一个磁极。地球磁场的极性倒转与地核的结构有关。地核外核是流体,在地球自转系统中发生对流,如同发电机的线圈,通过感应电流产生磁场;内核是固态金属,虽不能产生磁场,但可以保存液态外核产生的磁场。“不安分”的外核流体经常会变化对流状态,改变磁场方向并尝试发生极性倒转,而内核则起着抵制新磁场进入、保护已存磁场的作用。内核中的磁场只有首先被耗散掉,极性倒转才能成立。最终,只有大约1/10的极性倒转尝试能够成功。这一过程如同逆水行舟,当船的动力不足以突破河水的阻力时,船只能改变航向顺流而下。
  通过测定特定年代岩石和古物的天然剩余磁性发现,地球磁场曾经发生过多次极性倒转,倒转频繁时平均20万年倒转一次,平静期则几千万年不发生,而最近一次极性倒转距现在已接近80万年。
  目前,地球磁场强度减弱,是否表明正处于极性倒转的初期?事实上,地球磁场强度并不是单调衰减的。换句话说,极性倒转会首先表现为地球磁场强度的衰减,但并不一定意味着极性倒转的发生。即使会发生倒转,也不必担心磁场强度会降为零或是在短期内发生。数值模拟的结果表明,一个完整的极性倒转过程要持续数千年。而在一次极性倒转过程中,地球磁场的形态将表现得非常复杂,会有多个磁极存在。
  地球磁场可以避免太阳风高能粒子的辐射,但即使地球磁场强度变得很小,地表以上的大气层也可以作为一个额外的屏障去阻止辐射。在现代人类生活中,受地球磁场变化影响的基础设施如电力系统、通信系统等,可能会在未来的某一天由于强烈磁暴发生故障(磁暴是由太阳风与地球磁场相互作用产生的)。即便如此,人类也还有数千年甚至更长的时间去考虑应对。

(赵旭东:中国地震局地球物理研究所副研究员。本文发表在《人民日报》2018年11月12日“科技大观”专栏

发布时间:2018年11月15日

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