指南針是人類(lèi)偉大的發(fā)明，它讓我們認(rèn)識(shí)到地球磁場(chǎng)的存在，也說(shuō)明地球的南北半球各有一個(gè)磁極。然而，早在20世紀(jì)初，科學(xué)家們便發(fā)現(xiàn)，地球磁場(chǎng)正在以每百年5%的速度減弱，如果按此速率減小下去，再過(guò)2000年，地球磁場(chǎng)會(huì)減小到零，甚至還將出現(xiàn)南北極磁場(chǎng)的倒轉(zhuǎn)。
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不過(guò)，科學(xué)家的最新研究表明，地球磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)帶來(lái)的危險(xiǎn)可能并沒(méi)有想象中那么大，該過(guò)程也沒(méi)有以前預(yù)測(cè)的那么快到來(lái)。
地球磁場(chǎng)是地球與生俱來(lái)的一個(gè)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(gè)磁極。地球磁場(chǎng)的極性倒轉(zhuǎn)與地核的結(jié)構(gòu)有關(guān)。地核外核是流體，在地球自轉(zhuǎn)系統(tǒng)中發(fā)生對(duì)流，如同發(fā)電機(jī)的線圈，通過(guò)感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng);內(nèi)核是固態(tài)金屬，雖不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，但可以保存液態(tài)外核產(chǎn)生的磁場(chǎng)。“不安分”的外核流體經(jīng)常會(huì)變化對(duì)流狀態(tài)，改變磁場(chǎng)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(chǎng)進(jìn)入、保護(hù)已存磁場(chǎng)的作用。內(nèi)核中的磁場(chǎng)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(guò)程如同逆水行舟，當(dāng)船的動(dòng)力不足以突破河水的阻力時(shí)，船只能改變航向順流而下。
通過(guò)測(cè)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(chǎng)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)多次極性倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)頻繁時(shí)平均20萬(wàn)年倒轉(zhuǎn)一次，平靜期則幾千萬(wàn)年不發(fā)生，而最近一次極性倒轉(zhuǎn)距現(xiàn)在已接近80萬(wàn)年。
目前，地球磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，是否表明正處于極性倒轉(zhuǎn)的初期?事實(shí)上，地球磁場(chǎng)強(qiáng)度并不是單調(diào)衰減的。換句話(huà)說(shuō)，極性倒轉(zhuǎn)會(huì)首先表現(xiàn)為地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減，但并不一定意味著極性倒轉(zhuǎn)的發(fā)生。即使會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)，也不必?fù)?dān)心磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)降為零或是在短期內(nèi)發(fā)生。數(shù)值模擬的結(jié)果表明，一個(gè)完整的極性倒轉(zhuǎn)過(guò)程要持續(xù)數(shù)千年。而在一次極性倒轉(zhuǎn)過(guò)程中，地球磁場(chǎng)的形態(tài)將表現(xiàn)得非常復(fù)雜，會(huì)有多個(gè)磁極存在。
地球磁場(chǎng)可以避免太陽(yáng)風(fēng)高能粒子的輻射，但即使地球磁場(chǎng)強(qiáng)度變得很小，地表以上的大氣層也可以作為一個(gè)額外的屏障去阻止輻射。在現(xiàn)代人類(lèi)生活中，受地球磁場(chǎng)變化影響的基礎(chǔ)設(shè)施如電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，可能會(huì)在未來(lái)的某一天由于強(qiáng)烈磁暴發(fā)生故障(磁暴是由太陽(yáng)風(fēng)與地球磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的)。即便如此，人類(lèi)也還有數(shù)千年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間去考慮應(yīng)對(duì)。(趙旭東)
(作者為中國(guó)地震局地球物理研究所副研究員)
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