地磁倒轉之謎

●郭振海

人類現在的生態環境正在日趨惡化，究其原因是我們賴以生存的地球正在發生變異。

地磁消失之后

地球的這種變異，一方面是人為因素造成的，例如隨著人類物質文明水平的快速提高，大量的氟化物使臭氧層遭到破壞，導致極地上空出現臭氧空洞，有害的紫外線直射地表，使極地周邊國家皮膚癌患者日益增加；另一方面是來自地球本身，據資料表明，現在的地磁場正在減弱，在過去的百年間地磁減少了大約5％。如果按這個比例繼續減少，再過大約2000年，地磁場就會完全消失。但是，從最新的觀測結果獲知，地磁的減少速度正在加快，有可能提前1200年就會消失。

那么，地磁的逐漸消失，將會給地球上的生物帶來什么樣的影響呢?我們知道，正因為地球上有磁場，所以，人們一旦在荒漠或原始森林中迷失方向，借助羅盤便可以確定方位，走出險境；其次，這個磁場為地球筑起了一道堅固的屏障，阻止了來自太陽的有害射線，保護了地球上的一切生物免遭滅絕。如果磁場的屏障消失，那么臭氧洞將遍布全球大氣平流層，地球上的一切生命將暴露在太陽高能粒子的輻射之下。

同時，隨著地磁的逐漸消失，設想700年后，我們將不用特意到阿拉斯加去觀賞極光，在自己的家門口就能眺望極光，這也許可以說是非常浪漫和富有詩意。但是，那時的人們卻絲毫沒有一點喜悅之情，因為磁場構筑的屏障的減弱，使來自太陽的高能粒子或有害紫外線直接強烈地照射到地表，人們外出將不得不穿上紫外線防護服。

來自考古界的證據

科學工作者們驚異地發現，在過去的幾百萬年間，這種地磁消失并發生逆轉的現象竟達十余次之多，其中，距今最近的一次發生在70萬年前，那是爪哇猿人的年代。原來地球磁場的強度、方向變化，可以通過測定熔巖或其他沉積物的磁性來確定。這是因為，含磁性體的砂土或火山灰經過長年累月的滄桑變遷，沉積到海底，磁性體沿著地磁方向排列，慢慢地在海底出現隆起的地表，這就是刻在大地上的磁記錄。通常，這個堆積速度是每千年40厘米左右。

但是在日本近海，因江河流入大量砂土，結果比正常的堆積速度快了近10倍，每千年堆積到3米以上，如日本千葉縣房總半島的養老川地層，是當今世界惟一殘存的高密度磁記錄，而且恰好殘存的是大約70萬年前從磁場消失到倒轉時期的記錄。它為人類研究過去的地磁倒轉現象提供了有力的依據。通過對房總半島地層的磁記錄分析獲知，70萬年前磁場的倒轉現象是在幾百年到上千年的較短時期內完成的，但是這時的磁場方向卻與原來完全相反了；在這同時，有大約40％的生物滅絕，所以說地磁消失是對生物毀滅性打擊的大變異。

生物大量滅絕可從一種帶殼的被稱之為有孔蟲的微小生物的化石中獲知。地磁倒轉期間，在海洋表層生息的有孔蟲數量銳減到1／5，而隨著海水深度的加大，其影響逐漸減小，這是因為地磁場的屏障效應減弱，導致臭氧層被加速破壞，結果有害的紫外線直射地表，使生息在海洋表面的有孔蟲大量死亡。

另外，在碳的同位素中，具有碳12的二氧化碳比具有碳13的二氧化碳更易在光合作用中被攝取。植物茂盛期，光合作用活躍，空氣中、海水中的碳12比率下降。但是，在地磁倒轉期間，碳12的比率卻上升了1/1000。這是由于，生物死亡，使含于體內的大量有機碳釋放到空氣和海水中的緣故，而且正是這種有機體釋放的二氧化碳，引起了溫室效應，使全球氣候變暖。

恐龍滅絕與地磁消失

從近海表面的有孔蟲劇減不難推測，地磁倒轉對包括恐龍在內的生物的滅絕也一定有影響。首先，從地磁場的結構來看，除了雙極成分即N、S兩個極構成的地磁場外，還有多極成分。通常磁場倒轉指的是這種雙極成分占整個地磁場的90％，余下的10％是多極成分。所謂地磁消失是指雙極成分消失，而多極成分幾乎不變。所以，地磁消失之際并非整個磁場消失為零，而是減弱到10％，且因為是多極，到處形成弱磁極。由于地球自轉，如果恰好在赤道中有磁極，則那個磁極將獲取來自太陽的高能粒子，它將給生命帶來不可估量的毀滅性影響。

從現存的化石獲知，迄今為止，地球上的生物已經歷了幾次大滅絕。不可思議的是，引起這種生物大滅絕的時間，恰恰與地磁場漂移倒轉同步，特別是二疊紀末與白堊紀末的生物大滅絕與發生地磁場的倒轉發生在同一時間。

提起白堊紀末生物的滅絕，最為人們關注的莫過于恐龍的滅絕了。因此，也有人認為地磁場的消失是恐龍滅絕的原因。但是，歷年來大多數科學家都比較關注彗星等天體對地球的沖撞和火山爆發兩種假說，而不太重視地磁場倒轉的影響。也有人提出以天體對地球的沖撞為契機，引起地磁倒轉的假說。事實上，在70萬年前的地磁場倒轉之前，確有隕石墜落在澳大利亞近海的證據。但是，專家仔細研究認為，天體的沖撞怎么也不會成為地磁場倒轉的契機。

近年來發現火山活動與磁場倒轉的出現頻率有密切的關系。有的學者稱這是揭示地磁場生成的突破口。以白堊紀為例，這是個非常特別的時代。通常是幾十萬年發生一次磁場倒轉，白堊紀中期并沒有引起倒轉，學者將這個時期稱為“靜止期”。另外，有證據表明，這個時期地球火山活動變得十分活躍。然而在白堊紀末卻發生了磁場消失，恐龍對這突如其來的變化以及隨之而來的紫外線增加缺乏抵抗能力，導致了它的滅絕。

倒轉或許是“正常”的

那么，磁場的倒轉到底是什么原因引起的呢?目前，對其成因大體上有兩種假說。一種假說認為，由于某些外在原因，例如極地的冰原發達，則赤道附近蒸發的海水向極地流動，這猶如花樣滑冰者一邊旋轉，一邊將胳膊緊緊抱住身體一樣，使旋轉加快，引起磁場的逆轉。

另一種假說認為，原來地球磁場的生成結構中已包含了引起磁極倒轉的因素。但我們對地球磁場的生成原因至今幾乎一無所知。東京工業大學的本藏副教授正在通過計算機模擬制作地磁場產生的模型。據他分析，地球的磁場是由地球外核的熱對流構成，即所謂的自激發電機理論。

地球不是永磁體。按照自激發電機原理，如果在磁場的內部移動導體則產生電流，電流構成磁場，接著導體在磁場內部移動下產生逐漸被放大的電流，使原來的弱磁場加強起來，最終因熱能的消耗，使磁場增強到一定程度就穩定下來，形成現在的基本地磁場。由于假設在旋轉與磁場之間有能量交換那樣的自激發電機，所以磁場的倒轉就很簡單地引起，而且地磁場本來就具有倒轉性質。

本藏模型非常相似地描繪了地磁場生成的過程，缺點是不能反映地磁場倒轉時所發生的紊亂。為此，日本力武博士對本藏模型做了修正，改用五個發電機連接起來，結果使倒轉的出現率與現實十分相仿，而且出現了與地磁場十分相似的紊亂現象。

鑒于現在的地磁場正在減少，如果按幾率來看，地磁的波動可能性很高，但是無法保證不走向地磁消失。為此，人們正在研究不讓地球的暴怒使“發電機”停止運轉，當然，人類要完成這一使命還有待于遙遠的未來。

成冠倫圖