為什麼地球磁場的變化速度可能比我們想像的要快

為什麼地球磁場的變化速度可能比我們想像的要快
長期以來,地球磁場的變化速度一直是個謎。
Andrey副總裁/ Shutterstock

在我們的腳下3,000公里以下的液態鐵心中產生的地球磁場對於地球生命至關重要。 它延伸到太空,用電磁毯包裹著我們,該毯子屏蔽了大氣和衛星免受太陽輻射。

但是磁場是 不斷變化 在力量和方向上都取得了很大的進步,並且過去發生了一些戲劇性的變化。 這包括 磁極的神秘反轉,南極變成北極,反之亦然。

一個長期存在的問題是該領域的變化速度有多快。 我們的新研究 發表於Nature Communications,已經找到了一些答案。

磁場的快速變化非常令人感興趣,因為它們代表了液芯中鐵水海洋的最極端行為。 通過將觀察到的變化與核心過程聯繫起來,我們可以了解有關地球上其他地區無法訪問的重要信息。

從歷史上看,地球磁場變化最快的是 與逆轉相關,每百萬年不定期地發生幾次。 但是,我們發現字段更改比與實際沖銷相關的任何數據都快得多且更新得多。

磁性反轉。 (為什麼地球的磁場變化可能比我們想像的要快)
磁性反轉。
美國宇航局

如今,衛星輔以導航記錄和地面觀測站,協助監測時空變化。 這些信息表明,現代領域的變化相當艱鉅,每年大約十分之一度。 但是,儘管我們知道該領域已經存在 至少3.5億年,我們對其400年前的行為了解不多。


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為了追踪古田,科學家分析了沉積物,熔岩流和人工製品所記錄的磁性。 這是因為這些材料包含微觀的磁性顆粒,這些顆粒記錄了它們冷卻(熔岩)或添加到大陸(沉積物)時的磁場特徵。 在大約800,000萬年前的最後一次極性反轉期間,來自意大利中部的泥沙記錄 建議相對快速的領域變化 每年達到一度

但是,這樣的測量極具挑戰性,結果 仍在辯論中。 例如,沉積物獲取磁性的過程存在不確定性。

改進的測量

我們的研究採用基於場產生過程物理原理的計算機模型,採用了不同的方法。 基於對沉積物,熔岩和人工製品的測量結果的匯總,此方法與最近發布的最近十萬年來地球磁場全球變化的重構相結合。

這表明,地球磁場方向的變化達到每年高達十度的速率,這是目前報告的最快變化的十倍。

觀測到的最快的地磁場方向變化發生在39,000年前。 這種變化與中美洲西海岸附近的一個狹窄區域的局部弱磁場有關。 該活動緊隨全球拉尚旅行” –大約41,000年前地球磁場的“失敗逆轉”,其中磁極在返回之前短暫地遠離了地理極。

最快的變化似乎與磁場的局部減弱有關。 我們的模型表明,這是由於強磁場斑塊在液芯表面上的運動引起的。 這些斑塊在低緯度地區更為普遍,這表明未來對方向快速變化的探索應集中在這些地區。

社會的影響

磁場變化(例如反轉)可能不會對生命構成威脅。 人類確實設法度過了戲劇性的拉尚之旅。 今天,威脅主要歸結於我們對電子基礎設施的依賴。 磁場和入射太陽輻射之間的相互作用引起的太空天氣事件,例如地磁風暴,可能會破壞衛星通信,GPS和電網。

這令人不安–由於太空天氣事件,美國電網崩潰的經濟成本 估計在 大約一萬億美元 該威脅嚴重到足以使太空天氣以 高度優先 在英國國家風險登記冊上。

太空天氣事件在磁場弱的地區更為普遍-當磁場迅速變化時,我們可能會發生這種情況。 不幸的是,計算機模擬表明在磁場強度開始減弱之後會出現方向變化,這意味著我們無法僅通過監視磁場方向來預測磁場強度的下降。 將來使用更高級的模擬進行的工作可以為該問題提供更多的啟示。

磁場正在發生另一快速變化嗎? 這很難回答。 最快的變化也是最罕見的事件:例如,圍繞Laschamp偏移確定的變化比過去100,000年中發生的任何其他變化快兩倍以上。

這使科學家很難預測迅速的變化-它們是“黑天鵝事件”,令人驚訝並產生巨大影響。 一種可能的前進途徑是使用基於物理的模型,將油田的行為作為預報的一部分。

關於地球磁場的“速度極限”,我們還有很多要學習的知識。 極性反轉期間尚未直接觀察到快速變化,但是應該預料到這些變化,因為人們認為在這些時候該磁場整體變弱。談話

關於作者

克里斯托弗·戴維斯(Christopher Davies),副教授, 利茲大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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