新模型揭示地磁场变化速率比预计的快10倍

在新的研究中，科学家们利用模拟展示了地球磁场十万年来的动态变化，揭示了地球磁场方向的改变速度比之前想象的要快得多。

地球磁场起源于地球内部并延伸到太空，就像一个保护罩，使地球大气层保持在适当的位置，并保护生命免受宇宙辐射和太阳风的影响。 然而，平均而言，地球磁场每隔数十万年就会经历一次地磁反转，网其中磁北极和磁南极突然（在地质时间尺度上）交换位置。 上一次发生这种网情况是在大约 78 万年前，被称为布罗尼斯-松山逆转。 在之前的研究中，科学家估计这个过程需要数千年的时间，以每年约1度的速度变化。

在这项新研究中，研究人员表明，地球磁场方向的这种变化可能比之前认为的快10倍，比最近观察到的变化快近100倍。

在地球表面以下约2800公里处，地核的液体外核不断流动，为看不见的地磁场提供动力。 翻滚的导电岩浆产生的电荷决定了磁极的位置并产生了看不见的磁力线。 这些磁力线环绕地球并连接南北磁极。

地核和磁场之间的相互作用是复杂的。 外核中铁水和镍的对流使某些地方的磁性极强，而另一些地方的磁性则较差。 英国利兹大学地球与环境学院副教授、该研究的主要作者克里斯托弗戴维斯表示，地球表面的磁场强度随着时间的推移以及地球上不同位置的变化而变化。地球的核心。 在熔化的核心中，“流体扭曲并拉伸磁场，磁场反过来推动流体，抵抗扭曲”。

戴维斯说：“流体非常湍流，基本上就像一网锅沸水中的电流一样，因此在核心内部，流体和磁场之间的相互作用是不同的。” 换句话说，当液体外核“沸腾”时，这种运动会导致核心不同部分的磁力波动，从而决定这些区域如何影响磁层。

今天的科学家可以看到这些相互作用的一些变化，例如高纬度地区的强磁场； 向东或向西漂移的磁特征； 还有一个长期存在的弱磁场区，即南大西洋异常区。

几个世纪前，水手们就在航海日志中记录了该地区磁场的变化。 卫星和天文台捕捉到了近几十年来的变化。 据此前报道，近年来的观测表明，在过去的160年里，地球磁场的强度实际上已经减弱，这表明地球可能会更早地经历地磁反转。

尽管如此，戴维斯指出，追踪遥远过去的磁场变化比想象的更具挑战性。 戴维斯说：“我们知道磁极反转会发生，但关于磁场在数千到数百万年中到底如何变化，还有很多东西有待发现。” “在我们的研究中，我们提出了一个问题：磁场在这些时间尺度上改变方向的速度有多快？”

轨迹流

为了回答这个问题，戴维斯和研究合著者凯瑟琳康斯特布尔建立了一个新的磁场模型。 该模型使用了过去 10 万年的广泛磁场观测结果。 戴维斯说，磁场变化可以出现在海洋沉积物、冷却熔岩流、甚至人造结构和文物中。

戴维斯补充说：“然而，就像所有基于地球表面观测的模型一样，这个模型只能向我们展示地核顶部的磁场；我们无法‘看到’地核内部。” 结果与产生磁场的物理过程的计算机模拟相结合。”最终，磁场是由地核的运动产生的。

Davis 和 发现，在磁场减弱的地区，磁场方向每年变化多达 10 度。 这一变化速度比之前模型预测的要快 10 倍，比目前观察到的要快 100 倍。

模拟表明，当铁芯熔融区域的方向反转时，磁场方向会发生巨大变化。 这种核心反转在赤道附近更为常见，与研究人员在低纬度地区观察到的磁场方向的快速变化相匹配。 研究人员在论文中写道，低纬度地区磁场变化最快的新证据表明，未来的科学家应该关注这些地区。

“更深入地研究这些模拟过程中不断变化的动态将为我们提供有用的策略，用于记录这种快速变化是如何发生的，并了解它是否也发生在像我们今天这样的磁极稳定时期。” 该研究结果于 7 月 6 日在线发表在《自然通讯》杂志上。 （任天）