地磁場的兩極倒轉，曾推動物種大滅絕？

丁寶明

在地磁場的翻轉過程中，由于磁場變弱，大氣中的臭氧會減少，導致全球氣候劇變，推動物種滅絕。

我們的地球能夠擁有溫潤的大氣，很大程度仰賴于地磁場的保護。在漫長的地質歷史中，地磁場其實并不“堅挺”，它的兩極會不斷反轉，引發磁場強度階段性地消減。在那個過程中，大氣還好嗎？地球生物怎么樣了呢？

最近，發表在《科學》雜志上的一項研究，給出了參考：

在地磁場的翻轉過程中，由于磁場變弱，大氣中的臭氧會減少，導致全球氣候劇變，推動物種滅絕。

這不由得讓人擔心，相同的悲劇會發生在我們身上嗎？畢竟，近年來，有關地磁場變弱的新聞時有傳出，對地磁場反轉的猜測甚囂塵上。

多次出現的地磁反轉

地磁場的兩極反轉，在地質史上并不罕見。自1906年，法國地球物理學家伯納德·布容首次發現，法國熔巖的磁化方向與當前地磁場的方向相反，推測地磁場可能發生過逆轉，各國的地質工作者在全球范圍內做了大量古地磁測量和實驗。

迄今發現最早的地磁記錄在35-40億年前，說明地磁場在地球形成早期就已存在——地球的年齡約為45億年。在地磁場形成之后的漫長地質年代里，科學家發現，每隔10-100萬年便會發生一次完全的地磁南北極倒轉，周期不固定。僅在過去的8300萬年中，地磁場就倒轉了183次，在整個地質歷史時期，地磁場更是倒轉了上萬次。

在發生極性倒轉的過程中，地磁場強度均存在變弱的現象。距離今天人類最近的一次長時間地磁場倒轉發生在約78萬年前，持續了近2萬年，被稱為布容尼斯-松山倒轉。

不過，在整個地質歷史中，并非所有的地磁倒轉都會持續上萬年。有時其方向雖然會發生很大的變化，甚至達到180度的完全轉向，類似極性倒轉那樣，但其持續時間較短，這類變化稱為地磁漂移，可理解為短時間內的兩次倒轉。例如4.1萬年前的Laschamps地磁倒轉事件，僅持續了大約1000年，其中地磁反轉的時間也僅有約250年。

古樹見證4.2萬年前磁場反轉事件

在本次研究中，科學家們利用新西蘭濕地中留存的、生長于大約4.2萬年前的古貝殼杉樹中記錄的相關信息，首次將地磁場倒轉與當時大規模的環境變化直接聯系起來，認為在4200年到4100年前，地球磁極發生了短暫倒轉，并在地球上引發了一系列的環境危機，可能造成了當時澳大利亞長毛猛犸象、巨型袋熊等一些列巨型哺乳動物的滅絕。

新西蘭貝殼杉是世界上最古老的樹之一，此次研究人員發現的這些古樹化石，曾生長于約4.2萬年前，并擁有1700年的年輪。通過對四棵古樹化石橫截面進行碳-14同位素分析，測定放射性，并結合年輪數據，研究人員確認地球磁極曾在4.1萬年前發生過短暫倒轉，即Laschamps磁極漂移事件，同時獲得了一份能夠精確測定年代，且具有連續1700年變化的大氣放射性碳-14記錄。

這一記錄揭示了碳-14在Laschamps磁極漂移事件之前、及磁極逆轉期間的主要變化。

研究人員認為，地磁場保護著地球免受來自外太空的宇宙射線（高能帶電粒子流，如來自太陽的帶電粒子流）的攻擊，隨著地球磁場的減弱，越來越多的宇宙射線進入大氣層便會產生更多的碳-14，這些碳-14會被吸收到樹木組織中并被保留下來，因此碳-14的變化反映著當時地磁場的變化。

研究小組發現，最強烈的地磁場減弱并非發生在實際的磁極逆轉期間，而是在發生磁極逆轉之前的幾百年里，大約為4.23萬-4.16萬年前。在實際磁極逆轉期間，地磁場的強度約為今天的28%。而在逆轉之前的過渡期，磁場縮減到只有目前的6%左右，研究人員將這一現象稱為“亞當斯過渡性地磁事件”。

地磁場減弱會導致大氣中臭氧含量減少。研究人員模擬了減弱的磁場如何改變大氣模式。計算機分析表明，進入大氣的帶電粒子等宇宙射線的增多，會增加大氣中氫和氮氧化物的產生，這些分子往往會消耗臭氧，這將降低平流層臭氧保護地球居民免受紫外線輻射的能力。

臭氧層減少的另一個可能的證據是，在大約4.2萬至4萬年前，人類開始越來越多地使用洞穴，并且在洞穴壁畫中留下了越來越多的紅赭石手印，赭石被認為是一種古老的防曬霜，這可能是人類為了躲避越來越強烈的紫外線照射。

消失的大型哺乳動物

那么“大滅絕”是怎么回事呢？此前有研究表明，在大約42000年前，澳大利亞大型動物曾發生過一系列滅絕，包括巨型袋鼠、長毛猛犸象等大型哺乳動物。當時這些動物的滅絕究竟是氣候變化的責任更大，還是人類捕獵者的責任更大，科學家對此一直爭論不休。

此次研究發現，地磁場的減弱使得地球大氣發生變化，進而影響到大氣中不同層對太陽光的吸收，導致大規模的氣候變化，使得當時地球氣溫降低。研究人員利用來自貝殼杉樹記錄的精確的碳-14年代，研究了Laschamps磁極倒轉事件之前和期間的沉積物、花粉等數據，發現當時從澳大利亞到安第斯山脈的一些地方出現了突然降溫。

同時，研究人員對比分析了Laschamps磁極倒轉事件之前和期間能反映太陽活動變化的冰芯記錄。發現當時的太陽活動處于最低水平。弱磁場和太陽輸出的減少同時作用，造成了當時廣泛的氣候和環境變化，給當時巨型動物種群帶來了壓力，導致了巨型動物之間以及巨型動物與人類之間的競爭加劇，最終造成了當時這些大型動物的滅絕。

因此，當時氣候的變化造成這些動物滅絕的責任可能更大。

類似悲劇會重演嗎？

最近200年來，地磁強度一直在減弱，現今地磁場的強度較1840年已經下降了10%（不間斷地磁記錄自1840年開始），平均每百年下降5%。2013年底，歐洲太空局發射了新一代地磁衛星Swarm，觀測發現地磁強度正在加速下降，速度為以前測算的10倍。

同時，科學家也發現地磁北極的位置也在發生著變化。1831年首次實地確認的時候，地磁北極位于加拿大近北極地區的布西亞半島，如今地磁北極已穿過國際日期變更線，進入東半球，并向俄羅斯西伯利亞地區方向繼續移動。這是否預示著新一輪地磁倒轉即將發生？

雖然地質歷史時期發生地磁倒轉時大都會伴隨地磁場強度下降，以及磁極的漂移，但這并不一定都會最終導致地磁倒轉，也可能是地磁場正常的波動。也許我們現在正處于新一次地磁倒轉的關口，也許不是，由于地磁場變化的極度不規律性，科學家并不能給出準確的預言。

并且，在地磁場形成之后的漫長地質年代里，地球磁極倒轉發生了上萬次，這些磁極逆轉事件是否對當時的地球環境產生了巨大影響，還需要科學家不斷探索。比如78.1萬年前開始的長達2萬年的布容尼斯-松山倒轉逆轉，可能會造成什么樣的長期環境破壞，這是一個更令人困惑的問題。

此次最新研究成果是第一個考慮“極端磁場變化是否對環境造成廣泛影響”的研究，成果的準確性或許需要更多研究去驗證，但是它為研究人員提供了一種新的思路。古人云“以人為鑒，可以知得失；以史為鑒，可以知興衰”，在地質研究中“將今論古”的思想被廣泛應用，研究地質歷史時期曾發生的事件，可以讓人們對于地球的演化歷史有更清晰的認識，對于預見地球未來的變化同樣具有深遠意義。

或許未來有一天人類真的能夠預測出下一次磁極逆轉的時間，以及可能發生的氣候變化，但是目前誰也無法預測未來相似的事件是否會重演，與其擔心連科學家都無法預知的未來，不如我們把握當下，積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，保護生態環境，共同守護地球這顆美麗的星球。

（編輯/侯幫虎）