[科普中国]-地磁倒转

地磁倒转（Geomagnetic reversal）是指地球磁极在地质时期中的交替现象。 地球磁场看来从150年前就开始走下坡路，磁场的强度到现今已经削减了10%～15%，它的衰弱速度近来有增无减。

主要特征地磁倒转即地磁场倒转。亦称地磁反转。指地球磁场的方向发生的180°改变，也就是地磁两极的极性发生的倒转现象。古地磁研究的成果证实，地球磁场的极性曾经多次倒转过。地磁场倒转的现象最初是在岩石剩余磁性测量中发生的。在解释这种现象时有人提出，岩石磁化方向与现代地磁场方向相反，这可能是由于岩石形成时的地磁场方向与现代的地磁场方向相反的缘故。因为这种看法在当时还不能予以证实肯定，所以，曾被称为地磁场倒转假说。近年来，根据古地磁的研究，不仅证实了地磁两极的极性确曾发生过多次倒转，而且，根据电磁流体力学的假说及其它地球物理过程的推测，证明发生地磁场倒转现象是完全可能的。在天文观测中也曾多次发现不少星体的磁场经常发生周期性的极性倒转现象。地磁场倒转现象的发现和证实，对探索地磁场成因极为重要。1

危害地磁倒转会摧毁电网，伤害宇航员和人造卫星，扩大大气臭氧层空洞，将极光反射到赤道，鸟类（主要是候鸟）、鱼类（主要是回游鱼）和其他迁徙动物将因此迷失方向。所幸，虽然有一些人发出世界末日的预言，并称找到了过去磁场倒转和物种灭绝间的联系，专家们说事情还不至于那么恐怖。

问及到底会不会出现磁场消失的情况，詹研究员指出：“到现今为止，地球磁场一直存在，没有哪个时代地球磁场完全消失。从历史上的情况来看，衰减到一定程度，发生地磁场的倒转。地球磁场有本身必然的变化规律，也跟外界的条件有关系。以前也有国外科学家预言，下个千年磁场会倒转，从现今来讲一千年就倒转没有确凿的根据。”

“根据历史变化规律，地磁衰减到一定程度就会发生倒转，但是当前地球的磁场是不是会将衰减进行下去，还有待时间来检验。”

詹研究员指出：1900年到2000年的一百年间，地球南北极的磁场一直在衰减。2000年后的趋势，表面上看起来是可以预测。但前百年的下降曲线并不是直线，下降的速率也并不只一个，时快时慢。自然也存在曲线探底后，在三年五年以后慢慢上升的可能。计算机可以用一些模型来模拟磁场变化。有些假设对过去的情况是成立的，对以后是否成立有待研究。《科学》杂志上的结论也只是基于历史经验和电脑模拟研究后的推测。

地磁场是个弱磁场，倒转引发的强度变化并不会引发灾难性后果。

地球磁场倒转究竟会给人类的生活和周围的环境带来怎样的影响？“上次地磁倒转是百万年前的事，所以没有历史记载。但从生物磁学上分析，生物在磁场中要受到磁场的约束。一些实验表明，磁场的强弱对某些生物的行为是有影响的。有些专家做过统计，地球磁场改变对心脏病有影响。地磁场变化期间，部分病人会有些烦躁。由此推测，地磁场倒转时，地磁的剧烈变化还是对人类有一定影响。”詹研究员如此解释。

詹研究员说：“生物学家研究发现，可以远距离精确飞行的信鸽是靠地磁来辨别方向的，如果地磁场发生变动，一定会对其飞行路线有干扰。”

他同时强调：“即使地磁发生倒转，也不可能出现灾难性的后果，不会发生人类不能生存这样的现象。现今宇航员已经置身地磁场外仍然活得很好，虽然他们受过专门的训练，但说明一个事实，人类在经过一定训练，脱离地磁场也一定可以生存。”

“我们从地质年代去看地磁倒转，是个突然的过程。因为地质年代动辄以亿年、几千万年为计时单位。对于以分、时、天、年为计时单位的普通人来说，这种倒转则是个渐变的过程。不可能出现上一秒指南针指南，下一秒立刻变成指北的现象。我们这一辈人，甚至我们的孙子重孙都感受不到。”

地磁场倒转后，其强度又是否会发生变化呢？詹研究员告诉记者：地磁的强度会有一定的变化，但没有必要担心，因为整个地球磁场是一个弱磁场，地表的磁场平均强度只有1高斯。一般地区又往往只有0.5-0.6高斯。比如北京地区的地磁辐射就只有0.55高斯。而在一个普通磁铁旁边的辐射都有几个或几百高斯，电子加速器边的辐射是几兆高斯，甚至更强。当一个磁铁放在我们身边，也不觉得怎样。即使我们在辐射很大的加速器旁边，也没有明显感觉。所以地磁场这个弱磁场的变化不会给我们的生活带来大影响。

研究现状英国科学杂志《自然》2002年4月11日刊登一篇论文详述了地磁场日益严重的弱化，引起了科学界对这个问题的普遍关注。

佐以1999年发射的丹麦“阿斯泰兹”（Orsted）号人造卫星 （Orsted satellite是丹麦的第一颗卫星，是以Hans Christian Orsted（ 1777年至1851年）命名的，丹麦物理学家，教授，哥本哈根大学。这是一个几乎太阳同步低地球轨道。）收集的最新资料，科学家们发现了磁场弱化问题。巴黎地球物理研究所胡洛博士等人发现北极和南非一个地区的磁场已经变得特别弱。

岩石的“记忆”是怎么形成的呢？熔岩流里含有微小的矿物颗粒，它们是无数的指南针或小型磁铁，自由地指向当时的磁场。当熔岩冷却，其中的小指南针就固定在原地，就算磁场改变，它们也不能再移动，专家们称它为古地磁。

辐射爆发，谁能幸存？

美国航空和宇宙航行局戈达德太空飞行中心的大气科学家查尔斯·杰克曼博士和他的欧洲同事们一起用计算机模拟磁场倒转可能带来的变化。他们公布报告说，变弱的磁场会让太阳粒子风暴袭击大气层，破坏大量的臭氧，而臭氧是保护地球免受紫外线侵害的。

来自太阳的紫外线辐射会伤害地球上的生命，降低农作物产量，增加癌症发病率，导致皮肤癌和白内障。杰克曼博士称，臭氧层受到太阳粒子风暴的袭击，一般可以在2～3年内自然复原，但是只要地磁场依旧微弱，臭氧层仍面临着新的辐射危险。塔多诺博士说，无论地磁是倒转还是变弱然后恢复原状，它对人造卫星和臭氧层的实际影响是差不多的。地球磁场防护的崩溃会让太空粒子更深地穿透大气层，摧毁地球上的电网，正如太阳粒子风暴有时候造成的后果那样。

但许多生物学家倒是觉得，因为磁场倒转速度够慢，地球生物的韧性够好，大部分生物能够适应磁场变化。他们注意到化石记录并没有显示磁场倒转和物种大批灭绝之间存在相关性。

当年幼的大头海龟们踏上长达8000英里的环大西洋旅程，它们利用看不见的磁场信息来确定自己的方向和方位。从20世纪70年代开始，科学家开始发现大量证据表明很多动物依赖地磁场导航。加州理工学院的约瑟夫·克什维科博士发现，蜜蜂、鸽子、细菌、大马哈鱼、鲸鱼、蝾螈和其他一些动物身上都存在这种依赖性。

北卡罗来纳大学生物学家肯尼斯·洛曼博士说，磁场弱到一定程度时，“海龟们就有麻烦了”。

1971年，哥伦比亚大学詹姆士·黑斯博士注意到，微小的散线虫类的灭绝和一次的磁场倒转有很大关系。

但有些科学家否认二者一定有相关性，因为数据上的证据并不明显。

1995年，美国洛斯-阿拉莫斯国家实验室（LANA）和加州大学洛杉矶分校的科学家成功地用计算机模拟了地核中“地磁发电机”的活动，包括地磁倒转。在电脑模拟的数百万年里出现了十多次倒转。

在地球深处，地核分固态的内核与液态的外核两部分。液态外核的熔铁流活动产生地磁场，相当于一部超级“地核发电机”。

没人准确知道为什么地磁场要周期性倒转，科学家们认为可能是地核中熔铁流活动的改变导致的。

不管最新发现如何，公众都不用惊慌。科学家们说就算地磁倒转“迫在眉睫”，它仍然需要2000年时间来完成。上一次的逆转发生在78万年前，那时直立人还在学习怎么制造石头工具呢。

为了更好地理解正在发生的磁场减退现象，欧洲航天局批准了一项史无前例的追踪磁场活动计划。他们将在2009年发射3颗人造卫星，而在极地圈上空几百英里处飞行的太空船将于2015年出发。

胡洛博士称，科学家们会将卫星数据和计算机模拟结合起来作出远期预测，还将针对危险提出一些警告，可能的解决方案中会包括增强卫星防护等。

国际在线专稿：据physorg网站报道，科学家们一直认为地球南北磁极翻转需要花费4000至5000年，但是最新的证据显示这一变化只需要几年时间即可完成。

洛杉矶西方学院的地质学家斯科特·博格与美国地质调查局的乔纳森·格伦一起发现了这一证据：在内华达州Battle山上有一处距今1500万年的熔岩，通过观察熔岩内部磁性晶体的磁场模式，他们发现地球南北磁极曾经在一年里翻转了53度。这意味着地球南北磁极曾在4年的时间里就完成了翻转。

此外，斯科特·博格还表示，这一研究结果也可能表明在磁极翻转的整个过程中曾出现过一段大幅度的加速时期。尽管没人能确定这类磁极翻转是由于何种原因，但科学家们普遍认为这一现象与地球外核层的铁水移动有关。

研究争议詹志佳研究员从事地磁学研究多年，他说，地球就像一个大磁铁一样，一个N极即北极，一个S极即南极是可以发生倒转的，原来是北极变成南极，南极变成北极，（其实地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，不完全重合，存在磁偏角。）。这种变化的时间间隔比较长。詹志佳研究员说，在600万年间发生了三次倒转。其中最短的间隔是70万年，而最长的则有150万年。所以所谓倒转是在比较长的时间尺度上发生的，而磁场衰减则是倒转过程中的一种现象。有些地区地磁场的强度确实有下降的趋势。

但对于磁场会不会消失这一问题，詹志佳研究员指出，为止，衰减到一这程度，就会发生地磁场的倒转。

刘振兴院士说，地球磁场并非只有南北偶极磁场，还有其他多极磁场存在，只不过以偶极磁场为主。即使偶极磁场在倒转的过程中翻转到与赤道平行，它也不会完全消失，更何况还存在其他磁场。所以，地磁场完全消失的情况是不会发生的。

【地磁倒转在千年内发生这一说法没有确凿根据】

“以前也有国外科学家预言，下个千年磁场会倒转，从现今来讲一千年就倒转没有确凿的根据。”詹志佳研究员说，“我们从地质年代去看地磁倒转是个突然的过程。下一秒立刻变成指北的情况。”

根据历史变化规律，地磁衰减到一定程度就会发生倒转，但是地球的磁场会不会继续衰减下去，还有待时间来检验。1900年到2000年的100年间，地球南北极的磁场一直在衰减。2000年后的趋势表面上看起来是可以预测的，但之前一百年的下降曲线并不是直线下降的，下降的速率也并不稳定，时快时慢，也存在曲线探底后慢慢上升的可能。计算机可以用一些模型来模拟磁场变化。但有些假设虽然对于过左的情况是成立的，对将来的变化是否成立则有待进一步研究。

【地磁场的强弱波动不会对地球生命造成太大的影响】

美国《科学》杂志一篇文章提出：150年来，地球南北极所产生的磁场，正持续地急剧衰减，如果以这种速率发展下去，地磁场将在下个千年的某个时期彻底消失，然后倒转。对地磁倒转的推测屡屡见诸各种媒体，许多专家称，如果南北磁极倒转，将给地球生物带来巨大灾难：信鸽会迷失方向，指南针会倒转，更严重的是，地磁场消失之际，地球失去了地磁保护伞，高能宇宙粒子和太阳粒子将给地球生命带来灾难。

成因解释地磁倒转是一个长期的过程，不会很快发生；即使发生了，人类也未必因此遭灾，所以人类不必要惊慌。就算磁场倒转，也不会发生人们想象的恐怖事情。

地球与太阳的磁极将同时颠倒，这可能将引发混乱——零磁力危机威胁地球，这个颠倒过程将在地球生物圈中引发一系列的灾难。

印度方面的报道称，得到这一结论的是印度的一组天体和物理学家。他们与一些计算机科学家共同研究、以计算机模拟而发现这一结果。

地磁确实在变化

若干年前科学家们发现，地球南北极所产生的磁场，持续地急剧衰减（地磁场强度比减低了约10%）。有科学家担忧，如果以这种速度发展下去，地磁场将在下个千年的某个时期彻底消失。英国的《自然》杂志和美国的《科学》杂志近来都相继发表相关的文章，对这一现象进行探讨。

实际上，地磁场会发生倒转这一现象在更早的时候就已经被科学家发现了。地磁场至少发生了三次倒转。

印度科学家做出的这个结果却过于骇人听闻：2012年，我们中的大多数人都有机会亲历这场灾难。

根据他们的描述，地球和太阳的磁极颠倒将会引起电子故障，鸟类、鱼类等众多依靠地磁辨别方向的迁徙动物也会迷路。如果地球磁力降低为零，所造成的后果更是不堪设想：地球失去了地磁保护伞，高能宇宙粒子和太阳粒子将毁坏人造卫星，宇宙辐射还将对人类和其它动物造成毁灭性的打击，人类躲避灾难的方法只能是藏身在地壳以下。而正常情况下，这些宇宙射线在太空中就被地球磁场吞没了。

“这只能是业余科学家的结论！”然而，中国国内研究地磁问题的专家坚决否定了印度人做出的这一结论。

“2012年发生地球磁极倒转是完全不可能的事情。”中国科学院地质与地球物理研究所研究员徐文耀多年来致力于对地球深层结构问题的研究（主要研究地磁现象），他告诉本刊记者，地球磁场倒转是一种地质事件，是一个以万年作为时间尺度的过程。而每两次倒转之间更要经过几十万年到上百万年的间隔，依据已经研究得到的结果，这个周期还非常不固定。因此，这样的事件是无法预告到10年这样的尺度之内的。

徐文耀解释说，在一些有关地磁变化的研究论文中，科学家会用诸如“很快”之类的词。但科学上说的“很快”，有时候指的就是千百万年，它是相对于更长的时间跨度而言的。因此，科学家说一次地磁倒转发生得“很快”，那也得经过好几千年到一两万年。

“太阳的磁极倒转发生周期为22年，那是科学界在几十年以前就已经知道的。‘2012年地磁倒转’这样的结论，只可能由那些业余‘科学家’得出，主流的科学界根本不会去理会这种所谓的‘研究结论’。”

下次地磁倒转何时来临？

一直以来，科学家都在探索这个问题：既然地磁倒转的情况确实会发生，那么，下次倒转会发生在什么时候？科学家能够确定的是。

科学家利用这样的原理和方法来了解古地磁变化的情况：岩浆在从高温冷却到低温的过程中，会被周围的磁场磁化，从而留下当时的磁力线方向的证据。测定这些被磁化的岩石的年龄和它的磁化情况，就可以知道那个时代地磁场的方向和强度。将各个时间段留下的岩石反映的证据依据时间的前后顺序排开，就知道了不同年代地磁场的方向和强弱是不一样的，有的时候地磁方向会发生颠倒过来的情况，地磁倒转现象就这样被发现。

“海底等处的沉积岩中记载了这些信息，如同录音机把当时的情形记录下来一样。”徐文耀说，可惜的是，由于地磁倒转没有固定的周期，尽管我们可以比较精确地测定上次它发生的时间，却无法据此推断它下一次何时来临。而且，科学家还不能肯定，地磁倒转来临之前会有怎样的征兆。

尽管人们还不能预测下次地磁倒转的时间，科学家还是建议大家不必要对此担心。“对于上次地磁倒转对地面环境和生物究竟造成了多大的影响，迄今没有明确的结论。因此，下一次究竟会发生怎么样的事情，现今也没有办法下定论。但依据以往测定的古地磁数据，有一点可以肯定，就是倒转的过程中几乎不可能出现零磁力的状况，只存在磁力变小的可能。”徐文耀说。

徐文耀介绍，所谓磁力“变得很弱”，指的也就是减小到一半或者1/3左右，这的确会影响一些高能粒子，它们在正常情况下由于地磁作用进入不了地面附近，这时可能会下降得低一些，但由于还不是零磁力，这些有害高能射线就不可能在大气中直进直出。

徐文耀认为，此前有关地磁倒转这一话题的一些报道太绝对、太夸张了。“对这么一个长期的地质事件，即使‘很快’就发生，跟人的一生相比，也是很遥远的事情。我们现今的担忧可以说是杞人忧天。在这么长时间缓慢发生的变化中，或许人类可以通过进化来适应它，甚至它还能给人类带来好处呢。”

数据采集通过比较分析1979年和1980年美国“马格塞特”号人造卫星的数据，佐以1999年发射的丹麦“阿斯泰兹”号人造卫星收集的最新资料，科学家们发现了磁场弱化问题。巴黎地球物理研究所胡洛博士等人发现北极和南非一个地区的磁场已经变得特别弱。 胡洛博士在采访中提到，地磁场南部比其他地区要弱30%左右。因为来自太阳的带电粒子能够穿透薄弱的磁性防护，一些人造卫星已经出现电子故障。 罗彻斯特大学地球物理学教授约翰·塔多诺博士说：“磁场变弱的速度之快令人深思，它看起来就像我们在电脑里看到的模拟磁场倒转一样。” 岩石的“记忆”是怎么形成的呢?熔岩流里含有微小的矿物颗粒，它们是无数的指南针或小型磁铁，自由地指向当时的磁场。当熔岩冷却，其中的小指南针就固定在原地，就算磁场改变，它们也不能再移动，专家们称它为古地磁。 古地磁研究表明，地磁场大约每50万年倒转一次，但是以一种随机的方式进行，初期变化模式更是混乱。比如说，在恐龙生活的3500万年里没有发生一次倒转。 辐射爆发，谁能幸存? 从全球范围看，磁场保护地球免受太阳风和致命的粒子风暴的伤害。地磁场的崩溃会导致辐射的爆发，带来各种各样的破坏。1

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院