地球磁極逆轉依然遙不可及

趙旭東

指南針是人類偉大的發明，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，科學家們便發現，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，甚至還將出現南北極磁場的倒轉。

不過，科學家的最新研究表明，地球磁場倒轉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象，就像在地球內部放置一根巨大磁棒，直觀表現為南北半球各有一個磁極。地球磁場的極性倒轉與地核的結構有關。地核外核是流體，在地球自轉系統中發生對流，如同發電機的線圈，通過感應電流產生磁場；內核是固態金屬，雖不能產生磁場，但可以保存液態外核產生的磁場。“不安分”的外核流體經常會變化對流狀態，改變磁場方向并嘗試發生極性倒轉，而內核則起著抵制新磁場進入、保護已存磁場的作用。內核中的磁場只有首先被耗散掉，極性倒轉才能成立。最終，只有大約1/10的極性倒轉嘗試能夠成功。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現，地球磁場曾經發生過多次極性倒轉，倒轉頻繁時平均20萬年倒轉一次，平靜期則幾千萬年不發生，而最近一次極性倒轉距現在已接近80萬年。

目前，地球磁場強度減弱，是否表明正處于極性倒轉的初期？事實上，地球磁場強度并不是單調衰減的。換句話說，極性倒轉會首先表現為地球磁場強度的衰減，但并不一定意味著極性倒轉的發生。即使會發生倒轉，也不必擔心磁場強度會降為零或是在短期內發生。數值模擬的結果表明，一個完整的極性倒轉過程要持續數千年。而在一次極性倒轉過程中，地球磁場的形態將表現得非常復雜，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、通信系統等，可能會在未來的某一天由于強烈磁暴發生故障（磁暴是由太陽風與地球磁場相互作用產生的）。即便如此，人類也還有數千年甚至更長的時間去考慮應對。