地球的地磁场强度是历史平均水平的两倍

由于地磁场强度的预期结果，纬向极广的艺术印象远低于今天。图像：王华培（由NASA地球观测站提供材料），由麻省理工学院新闻编辑

麻省理工学院的一项新研究表明，地球的地磁场强度是长期历史平均水平的两倍，这表明当前的磁场强度在到达不稳定水平之前有很长的路要走。

在过去的200年中，地球地磁场的强度一直在下降，有些科学家怀疑这种速度可能会导致该磁场在2000年后达到最低点，从而暂时保护了地球免受来自太阳的带电粒子的破坏。这种强度下降与周期性的地磁场反转有关，在这种情况下，地球的南北磁极翻转极性，并且可能会持续几千年才能恢复到稳定的屏蔽强度。

由于地磁场减弱，太阳辐射增加可能会损坏电子设备（从单个起搏器到整个电网），并可能导致基因突变。逆转也可能影响使用地球磁场作为内部罗盘的动物的航行。

但是，根据麻省理工学院在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究，地磁场没有很快发生翻转的危险：研究人员计算了过去500万年来地球的平均稳定场强，发现今天的场强约为历史平均场强的两倍。

这表明，在达到不稳定水平之前，电流场强度有很长的下降时间，这将导致反转。

麻省理工学院地球，大气与行星科学系的博士后王华培说：“知道今天的领域是长期平均值还是远高于长期平均值，这将产生巨大的变化。”“现在，我们知道我们已经超出了不稳定区域。即使[场强]下降，我们仍然可以舒适地依靠很长的缓冲时间。”

翻阅历史

地球在其生命周期中经历了多次地磁逆转，以随机的间隔翻转了其极性。

“有时您将不会翻阅约4000万年；在其他时候，一百万年内将有10次翻转。”王说。“平均而言，两次翻转之间的持续时间为数十万年。最后一次翻转大约在780,000年前，因此我们实际上早该进行翻转了。”

即将发生逆转的最明显迹象是地磁场强度大大低于其历史长期平均水平，这表明该行星正朝着不稳定的状态倾斜。尽管卫星和地面天文台在当前场强的最近200年中进行了准确的测量，但在过去的几百万年中却缺乏可靠的估计。

Wang和他的同事来自法国罗格斯大学，他们试图利用加拉帕戈斯群岛上火山喷发的古老岩石来测量地球的古磁场。加拉帕戈斯群岛是一个理想的站点，因为该岛链位于赤道上。由于地球的磁场在稳定的状态下是偶极子，因此两极的磁场强度应相同，而在赤道的强度应为该强度的一半。

Wang认为，了解赤道和两极的古磁场强度可以准确估算出该行星的平均历史强度。

偶极子发出的岩石

Wang从加拉帕戈斯群岛获得了古代火山熔岩样品，而圣地亚哥大学加利福尼亚大学斯克里普斯海洋学研究所的同事则从南极洲挖出了类似年代的岩石。此类火山岩在冷却时会保留有关地磁场强度的信息。

两个小组将样品带回各自的实验室，并测量了岩石的自然剩余磁化强度或铁磁颗粒的方向。然后，他们加热岩石，并在已知磁场中冷却它们，从而测量冷却后岩石的磁化强度。

岩石的剩余磁化强度与其冷却的磁场成正比。因此，利用他们的实验数据，研究人员能够计算出在约15微特斯拉的赤道和约30微特斯拉的两极的古代地磁场强度的峰值分布。如今，同一地点的电场强度分别约为30微特斯拉和60微特斯拉，是历史和长期值的两倍。

Wang说：“这意味着今天的价值异常高，即使它正在下降，也正在下降到长期平均值，而不是从平均值下降到零。”

远非零

那么为什么科学家们以为地球的地磁场正在下降到一个陡峭的低点呢？王说，事实证明，这种假设是基于有缺陷的历史数据。

科学家们估计了地球周围各个纬度的古磁强度，但是王的数据是来自赤道地区的第一批数据。然而，王发现科学家们误解了岩石是如何记录其磁场的，从而导致对古磁场强度的估计不准确。具体来说，科学家们假设岩石的单个铁磁性晶粒冷却时，其未成对的电子自旋呈现均匀的取向，反映了磁场强度。

但是，此效果仅在达到特定大小时才适用。在较大的晶粒中，不成对的电子自旋在晶粒的不同域中呈现出不同的取向，从而使场强图复杂化。

Wang开发了一种纠正这种多域效应的方法，并将该方法应用于他的加拉帕戈斯熔岩。他说，结果比以前对古磁场的估计更可靠。

至于地球何时可能经历下一次翻转，王说，答案仍然悬而未决。

Wang说：“我能说的是，如果保持目前的下降速度不变，那么该油田又要花1000年才能达到长期平均水平。”“从那里，场强可能会再次上升。鉴于大地发电机的磁流体动力学过程具有随机性，因此实际上没有办法预测此后会发生什么。”

研究结果表明，今天的磁场强度异常高，罗切斯特大学地球物理学教授约翰·塔杜诺（John Tarduno）说，科学家将不得不重新考虑影响地球地磁场的力。

Tarduno说：“他们正在谈论的时间范围要短得多，甚至不到一百万年，而磁场的偶极子成分却发生了巨大变化。”“这实际上是一个具有挑战性的想法。如果是正确的话，那确实使我们不得不对发电机以及这些变化实际上如何发生有不同的看法。”

出版物：Wang Huapei Wang等人，“基于加拉帕戈斯熔岩的多域校正古强度的较弱的轴向偶极时间平均古磁场，PNAS，2015年”。土井：10.1073 / pnas.1505450112