地磁倒轉（Geomagnetic reversal）是指地球磁極在地質時期中的交替現象。 地球磁場看來從150年前就開始走下坡路，磁場的強度到現今已經削減了10%～15%，它的衰弱速度近來有增無減。
基本介紹
- 中文名：地磁倒轉
- 外文名：Geomagnetic reversal
- 特徵：主磁場會變弱乃至消失
- 影響：指南針指示的方向將顛倒
- 減少率：10%～15%
- 速率變化：有增無減
- 學科：固體地球物理學
主要特徵,危害,研究現狀,研究爭議,成因解釋,數據採集,
主要特徵
地磁倒轉即地磁場倒轉。亦稱地磁反轉。指地球磁場的方向發生的180°改變，也就是地磁兩極的極性發生的倒轉現象。古地磁研究的成果證實，地球磁場的極性曾經多次倒轉過。地磁場倒轉的現象最初是在岩石剩餘磁性測量中發生的。在解釋這種現象時有人提出，岩石磁化方向與現代地磁場方向相反，這可能是由於岩石形成時的地磁場方向與現代的地磁場方向相反的緣故。因為這種看法在當時還不能予以證實肯定，所以，曾被稱為地磁場倒轉假說。近年來，根據古地磁的研究，不僅證實了地磁兩極的極性確曾發生過多次倒轉，而且，根據電磁流體力學的假說及其它地球物理過程的推測，證明發生地磁場倒轉現象是完全可能的。在天文觀測中也曾多次發現不少星體的磁場經常發生周期性的極性倒轉現象。地磁場倒轉現象的發現和證實，對探索地磁場成因極為重要。
危害
地磁倒轉會摧毀電網，傷害太空人和人造衛星，擴大大氣臭氧層空洞，將極光反射到赤道，鳥類（主要是候鳥）、魚類（主要是回遊魚）和其他遷徙動物將因此迷失方向。所幸，雖然有一些人發出世界末日的預言，並稱找到了過去磁場倒轉和物種滅絕間的聯繫，專家們說事情還不至於那么恐怖。
地磁倒轉
地磁倒轉問及到底會不會出現磁場消失的情況，詹研究員指出：“到現今為止，地球磁場一直存在，沒有哪個時代地球磁場完全消失。從歷史上的情況來看，衰減到一定程度，發生地磁場的倒轉。地球磁場有本身必然的變化規律，也跟外界的條件有關係。以前也有國外科學家預言，下個千年磁場會倒轉，從現今來講一千年就倒轉沒有確鑿的根據。”
“根據歷史變化規律，地磁衰減到一定程度就會發生倒轉，但是當前地球的磁場是不是會將衰減進行下去，還有待時間來檢驗。”
詹研究員指出：1900年到2000年的一百年間，地球南北極的磁場一直在衰減。2000年後的趨勢，表面上看起來是可以預測。但前百年的下降曲線並不是直線，下降的速率也並不只一個，時快時慢。自然也存在曲線探底後，在三年五年以後慢慢上升的可能。計算機可以用一些模型來模擬磁場變化。有些假設對過去的情況是成立的，對以後是否成立有待研究。《科學》雜誌上的結論也只是基於歷史經驗和電腦模擬研究後的推測。
地磁場是個弱磁場，倒轉引發的強度變化並不會引發災難性後果。
地球磁場倒轉究竟會給人類的生活和周圍的環境帶來怎樣的影響？“上次地磁倒轉是百萬年前的事，所以沒有歷史記載。但從生物磁學上分析，生物在磁場中要受到磁場的約束。一些實驗表明，磁場的強弱對某些生物的行為是有影響的。有些專家做過統計，地球磁場改變對心臟病有影響。地磁場變化期間，部分病人會有些煩躁。由此推測，地磁場倒轉時，地磁的劇烈變化還是對人類有一定影響。”詹研究員如此解釋。
詹研究員說：“生物學家研究發現，可以遠距離精確飛行的信鴿是靠地磁來辨別方向的，如果地磁場發生變動，一定會對其飛行路線有干擾。”
他同時強調：“即使地磁發生倒轉，也不可能出現災難性的後果，不會發生人類不能生存這樣的現象。現今太空人已經置身地磁場外仍然活得很好，雖然他們受過專門的訓練，但說明一個事實，人類在經過一定訓練，脫離地磁場也一定可以生存。”
“我們從地質年代去看地磁倒轉，是個突然的過程。因為地質年代動輒以億年、幾千萬年為計時單位。對於以分、時、天、年為計時單位的普通人來說，這種倒轉則是個漸變的過程。不可能出現上一秒指南針指南，下一秒立刻變成指北的現象。我們這一輩人，甚至我們的孫子重孫都感受不到。”
地磁場倒轉後，其強度又是否會發生變化呢？詹研究員告訴記者：地磁的強度會有一定的變化，但沒有必要擔心，因為整個地球磁場是一個弱磁場，地表的磁場平均強度只有1高斯。一般地區又往往只有0.5-0.6高斯。比如北京地區的地磁輻射就只有0.55高斯。而在一個普通磁鐵旁邊的輻射都有幾個或幾百高斯，電子加速器邊的輻射是幾兆高斯，甚至更強。當一個磁鐵放在我們身邊，也不覺得怎樣。即使我們在輻射很大的加速器旁邊，也沒有明顯感覺。所以地磁場這個弱磁場的變化不會給我們的生活帶來大影響。
研究現狀
英國科學雜誌《自然》2002年4月11日刊登一篇論文詳述了地磁場日益嚴重的弱化，引起了科學界對這個問題的普遍關注。
佐以1999年發射的丹麥“阿斯泰茲”（Orsted）號人造衛星 （Orsted satellite是丹麥的第一顆衛星，是以Hans Christian Orsted（ 1777年至1851年）命名的，丹麥物理學家，教授，哥本哈根大學。這是一個幾乎太陽同步低地球軌道。）收集的最新資料，科學家們發現了磁場弱化問題。巴黎地球物理研究所胡洛博士等人發現北極和南非一個地區的磁場已經變得特別弱。
岩石的“記憶”是怎么形成的呢？熔岩流里含有微小的礦物顆粒，它們是無數的指南針或小型磁鐵，自由地指向當時的磁場。當熔岩冷卻，其中的小指南針就固定在原地，就算磁場改變，它們也不能再移動，專家們稱它為古地磁。
輻射爆發，誰能倖存？
美國航空和宇宙航行局戈達德太空飛行中心的大氣科學家查爾斯·傑克曼博士和他的歐洲同事們一起用計算機模擬磁場倒轉可能帶來的變化。他們公布報告說，變弱的磁場會讓太陽粒子風暴襲擊大氣層，破壞大量的臭氧，而臭氧是保護地球免受紫外線侵害的。
來自太陽的紫外線輻射會傷害地球上的生命，降低農作物產量，增加癌症發病率，導致皮膚癌和白內障。傑克曼博士稱，臭氧層受到太陽粒子風暴的襲擊，一般可以在2～3年內自然復原，但是只要地磁場依舊微弱，臭氧層仍面臨著新的輻射危險。塔多諾博士說，無論地磁是倒轉還是變弱然後恢復原狀，它對人造衛星和臭氧層的實際影響是差不多的。地球磁場防護的崩潰會讓太空粒子更深地穿透大氣層，摧毀地球上的電網，正如太陽粒子風暴有時候造成的後果那樣。
但許多生物學家倒是覺得，因為磁場倒轉速度夠慢，地球生物的韌性夠好，大部分生物能夠適應磁場變化。他們注意到化石記錄並沒有顯示磁場倒轉和物種大批滅絕之間存在相關性。
當年幼的大頭海龜們踏上長達8000英里的環大西洋旅程，它們利用看不見的磁場信息來確定自己的方向和方位。從20世紀70年代開始，科學家開始發現大量證據表明很多動物依賴地磁場導航。加州理工學院的約瑟夫·克什維科博士發現，蜜蜂、鴿子、細菌、大馬哈魚、鯨魚、蠑螈和其他一些動物身上都存在這種依賴性。
北卡羅來納大學生物學家肯尼斯·洛曼博士說，磁場弱到一定程度時，“海龜們就有麻煩了”。
1971年，哥倫比亞大學詹姆士·黑斯博士注意到，微小的散線蟲類的滅絕和一次的磁場倒轉有很大關係。
但有些科學家否認二者一定有相關性，因為數據上的證據並不明顯。
沒人準確知道為什麼地磁場要周期性倒轉，科學家們認為可能是地核中熔鐵流活動的改變導致的。
不管最新發現如何，公眾都不用驚慌。科學家們說就算地磁倒轉“迫在眉睫”，它仍然需要2000年時間來完成。上一次的逆轉發生在78萬年前，那時直立人還在學習怎么製造石頭工具呢。
為了更好地理解正在發生的磁場減退現象，歐洲航天局批准了一項史無前例的追蹤磁場活動計畫。他們將在2009年發射3顆人造衛星，而在極地圈上空幾百英里處飛行的太空船將於2015年出發。
胡洛博士稱，科學家們會將衛星數據和計算機模擬結合起來作出遠期預測，還將針對危險提出一些警告，可能的解決方案中會包括增強衛星防護等。
國際線上專稿：據physorg網站報導，科學家們一直認為地球南北磁極翻轉需要花費4000至5000年，但是最新的證據顯示這一變化只需要幾年時間即可完成。
洛杉磯西方學院的地質學家斯科特·博格與美國地質調查局的喬納森·格倫一起發現了這一證據：在內華達州Battle山上有一處距今1500萬年的熔岩，通過觀察熔岩內部磁性晶體的磁場模式，他們發現地球南北磁極曾經在一年裡翻轉了53度。這意味著地球南北磁極曾在4年的時間裡就完成了翻轉。
研究爭議
詹志佳研究員從事地磁學研究多年，他說，地球就像一個大磁鐵一樣，一個N極即北極，一個S極即南極是可以發生倒轉的，原來是北極變成南極，南極變成北極，（其實地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近，不完全重合，存在磁偏角。）。這種變化的時間間隔比較長。詹志佳研究員說，在600萬年間發生了三次倒轉。其中最短的間隔是70萬年，而最長的則有150萬年。所以所謂倒轉是在比較長的時間尺度上發生的，而磁場衰減則是倒轉過程中的一種現象。有些地區地磁場的強度確實有下降的趨勢。
但對於磁場會不會消失這一問題，詹志佳研究員指出，為止，衰減到一這程度，就會發生地磁場的倒轉。
劉振興院士說，地球磁場並非只有南北偶極磁場，還有其他多極磁場存在，只不過以偶極磁場為主。即使偶極磁場在倒轉的過程中翻轉到與赤道平行，它也不會完全消失，更何況還存在其他磁場。所以，地磁場完全消失的情況是不會發生的。
【地磁倒轉在千年內發生這一說法沒有確鑿根據】
“以前也有國外科學家預言，下個千年磁場會倒轉，從現今來講一千年就倒轉沒有確鑿的根據。”詹志佳研究員說，“我們從地質年代去看地磁倒轉是個突然的過程。下一秒立刻變成指北的情況。”
根據歷史變化規律，地磁衰減到一定程度就會發生倒轉，但是地球的磁場會不會繼續衰減下去，還有待時間來檢驗。1900年到2000年的100年間，地球南北極的磁場一直在衰減。2000年後的趨勢表面上看起來是可以預測的，但之前一百年的下降曲線並不是直線下降的，下降的速率也並不穩定，時快時慢，也存在曲線探底後慢慢上升的可能。計算機可以用一些模型來模擬磁場變化。但有些假設雖然對於過左的情況是成立的，對將來的變化是否成立則有待進一步研究。
【地磁場的強弱波動不會對地球生命造成太大的影響】
美國《科學》雜誌一篇文章提出：150年來，地球南北極所產生的磁場，正持續地急劇衰減，如果以這種速率發展下去，地磁場將在下個千年的某個時期徹底消失，然後倒轉。對地磁倒轉的推測屢屢見諸各種媒體，許多專家稱，如果南北磁極倒轉，將給地球生物帶來巨大災難：信鴿會迷失方向，指南針會倒轉，更嚴重的是，地磁場消失之際，地球失去了地磁保護傘，高能宇宙粒子和太陽粒子將給地球生命帶來災難。
成因解釋
地磁倒轉是一個長期的過程，不會很快發生；即使發生了，人類也未必因此遭災，所以人類不必要驚慌。就算磁場倒轉，也不會發生人們想像的恐怖事情。
地球與太陽的磁極將同時顛倒，這可能將引發混亂——零磁力危機威脅地球，這個顛倒過程將在地球生物圈中引發一系列的災難。
印度方面的報導稱，得到這一結論的是印度的一組天體和物理學家。他們與一些計算機科學家共同研究、以計算機模擬而發現這一結果。
地磁確實在變化
若干年前科學家們發現，地球南北極所產生的磁場，持續地急劇衰減（地磁場強度比減低了約10%）。有科學家擔憂，如果以這種速度發展下去，地磁場將在下個千年的某個時期徹底消失。英國的《自然》雜誌和美國的《科學》雜誌近來都相繼發表相關的文章，對這一現象進行探討。
實際上，地磁場會發生倒轉這一現象在更早的時候就已經被科學家發現了。地磁場至少發生了三次倒轉。
印度科學家做出的這個結果卻過於駭人聽聞：2012年，我們中的大多數人都有機會親歷這場災難。
根據他們的描述，地球和太陽的磁極顛倒將會引起電子故障，鳥類、魚類等眾多依靠地磁辨別方向的遷徙動物也會迷路。如果地球磁力降低為零，所造成的後果更是不堪構想：地球失去了地磁保護傘，高能宇宙粒子和太陽粒子將毀壞人造衛星，宇宙輻射還將對人類和其它動物造成毀滅性的打擊，人類躲避災難的方法只能是藏身在地殼以下。而正常情況下，這些宇宙射線在太空中就被地球磁場吞沒了。
“這只能是業餘科學家的結論！”然而，中國國內研究地磁問題的專家堅決否定了印度人做出的這一結論。
地磁倒轉
地磁倒轉“2012年發生地球磁極倒轉是完全不可能的事情。”中國科學院地質與地球物理研究所研究員徐文耀多年來致力於對地球深層結構問題的研究（主要研究地磁現象），他告訴本刊記者，地球磁場倒轉是一種地質事件，是一個以萬年作為時間尺度的過程。而每兩次倒轉之間更要經過幾十萬年到上百萬年的間隔，依據已經研究得到的結果，這個周期還非常不固定。因此，這樣的事件是無法預告到10年這樣的尺度之內的。
徐文耀解釋說，在一些有關地磁變化的研究論文中，科學家會用諸如“很快”之類的詞。但科學上說的“很快”，有時候指的就是千百萬年，它是相對於更長的時間跨度而言的。因此，科學家說一次地磁倒轉發生得“很快”，那也得經過好幾千年到一兩萬年。
“太陽的磁極倒轉發生周期為22年，那是科學界在幾十年以前就已經知道的。‘2012年地磁倒轉’這樣的結論，只可能由那些業餘‘科學家’得出，主流的科學界根本不會去理會這種所謂的‘研究結論’。”
下次地磁倒轉何時來臨？
一直以來，科學家都在探索這個問題：既然地磁倒轉的情況確實會發生，那么，下次倒轉會發生在什麼時候？科學家能夠確定的是。
科學家利用這樣的原理和方法來了解古地磁變化的情況：岩漿在從高溫冷卻到低溫的過程中，會被周圍的磁場磁化，從而留下當時的磁力線方向的證據。測定這些被磁化的岩石的年齡和它的磁化情況，就可以知道那個時代地磁場的方向和強度。將各個時間段留下的岩石反映的證據依據時間的前後順序排開，就知道了不同年代地磁場的方向和強弱是不一樣的，有的時候地磁方向會發生顛倒過來的情況，地磁倒轉現象就這樣被發現。
“海底等處的沉積岩中記載了這些信息，如同錄音機把當時的情形記錄下來一樣。”徐文耀說，可惜的是，由於地磁倒轉沒有固定的周期，儘管我們可以比較精確地測定上次它發生的時間，卻無法據此推斷它下一次何時來臨。而且，科學家還不能肯定，地磁倒轉來臨之前會有怎樣的徵兆。
儘管人們還不能預測下次地磁倒轉的時間，科學家還是建議大家不必要對此擔心。“對於上次地磁倒轉對地面環境和生物究竟造成了多大的影響，迄今沒有明確的結論。因此，下一次究竟會發生怎么樣的事情，現今也沒有辦法下定論。但依據以往測定的古地磁數據，有一點可以肯定，就是倒轉的過程中幾乎不可能出現零磁力的狀況，只存在磁力變小的可能。”徐文耀說。
徐文耀介紹，所謂磁力“變得很弱”，指的也就是減小到一半或者1/3左右，這的確會影響一些高能粒子，它們在正常情況下由於地磁作用進入不了地面附近，這時可能會下降得低一些，但由於還不是零磁力，這些有害高能射線就不可能在大氣中直進直出。
徐文耀認為，此前有關地磁倒轉這一話題的一些報導太絕對、太誇張了。“對這么一個長期的地質事件，即使‘很快’就發生，跟人的一生相比，也是很遙遠的事情。我們現今的擔憂可以說是杞人憂天。在這么長時間緩慢發生的變化中，或許人類可以通過進化來適應它，甚至它還能給人類帶來好處呢。”
數據採集
通過比較分析1979年和1980年美國“馬格塞特”號人造衛星的數據，佐以1999年發射的丹麥“阿斯泰茲”號人造衛星收集的最新資料，科學家們發現了磁場弱化問題。巴黎地球物理研究所胡洛博士等人發現北極和南非一個地區的磁場已經變得特別弱。 胡洛博士在採訪中提到，地磁場南部比其他地區要弱30%左右。因為來自太陽的帶電粒子能夠穿透薄弱的磁性防護，一些人造衛星已經出現電子故障。 羅徹斯特大學地球物理學教授約翰·塔多諾博士說：“磁場變弱的速度之快令人深思，它看起來就像我們在電腦里看到的模擬磁場倒轉一樣。” 岩石的“記憶”是怎么形成的呢?熔岩流里含有微小的礦物顆粒，它們是無數的指南針或小型磁鐵，自由地指向當時的磁場。當熔岩冷卻，其中的小指南針就固定在原地，就算磁場改變，它們也不能再移動，專家們稱它為古地磁。 古地磁研究表明，地磁場大約每50萬年倒轉一次，但是以一種隨機的方式進行，初期變化模式更是混亂。比如說，在恐龍生活的3500萬年里沒有發生一次倒轉。 輻射爆發，誰能倖存? 從全球範圍看，磁場保護地球免受太陽風和致命的粒子風暴的傷害。地磁場的崩潰會導致輻射的爆發，帶來各種各樣的破壞。
地磁倒轉
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