地球磁场翻转越来越频繁

作者:狗格格/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-07-04

为什么它会翻转?

地球磁场翻转越来越频繁

图:Steele Hill/NASA

我们脚下的地球深处,地核中的液态铁产生了我们早已习以为常的磁场。

但磁极却时不时翻转,北极变南极。而翻转的原因一直是个谜。

但我们的新研究发现,地球磁场与古海床的数量之间存在着某种关联。地球板块通过一种名为俯冲的过程,下降到了热韧性地幔的一层。

地球磁场翻转越来越频繁

这一关联不仅能让我们了解在某一时间段内发生的磁极翻转次数,还能让我们了解地幔(地壳与地核之间)的移动速度。

这很重要,因为几乎所有的地震、火山和山脉都形成于地幔运动,而来自地幔的热羽流可能也是地球上曾发生的物种灭绝的原因。

如果我们能理解地幔的运动,就能更好地了解地球的地质现象。

地球板块的墓地

板块构造学说是地球“岩石圈”的科学理论。地球表面被分成了7个大板块和许多小板块。板块是由大洋中心火山运动向外扩张而形成的,例如大西洋中脊。

一旦新的岩石圈从中心扩散开来,并在数百万年内冷却,那么随着时间的推移,它会变得越来越密集,最终在俯冲带区域退回到热地幔中。

虽然这时板块从地球表面上消失了,但有地震学家称,板块消失的3亿年后或许可以在地幔的深处找到某些冷却了的“板块”。

岩石圈的板块向下延伸了几千公里,在这个过程中取代了大量的固体地幔,形成了一个“板块墓地”,正好位于密度更大的液态铁地核之上。

这意味着板块在下降了2890公里后,可能会在那里影响到位于它们之下的地核中铁液的运动。

但对于板块从下沉到足以影响地核之间的时间,人们存在很大的分歧。估算的时间范围从5000万年到2.5亿年不等。

地心磁活动的化石记录

地球的磁场已经持续了数十亿年,期间也经历了多次的极性翻转。

因为磁场在地球表面上的许多岩石中留下了磁化的化石痕迹,因此我们就有了一个关于地球磁场随时间变化的“古地磁记录”。

磁极翻转的速度也存在很大变化,过去百万年中的速度比前1亿年更快。

而关于磁极变化的速度的规律,也仍然是一个巨大的谜团。

地球磁场是由一个将导电流体的运动转化为电磁能量的发电机过程产生的。

这个过程理论上与发条火炬中使用的发电机相似。所以地核对于它自身向覆盖在其上面的地幔传递热量的速度是非常敏感的。

当俯冲的板块到达下地幔时,它们会增加地核冷却的速度,从而加速内部铁液的运动。根据数值模型,这个运动应该会导致翻转速率的增加。

这个意思是,板块俯冲越多,磁场翻转的几率就会增大吗?

若真是这样,那么我们就可以估算出板块俯冲与磁场翻转速度之间的时间。因为在俯冲足以影响到地核之前,板块还需要下沉很长一段时间。

因此我们旨在测量板块的下沉速度。为此,我们检查了“俯冲通量”(下沉到地幔的板块面积)和磁极翻转速度的记录。前者的数据涵盖了过去4.1亿年的全球板块构造模型。

我们还利用了全球锆石颗粒的年代数据,这种矿物出现在形成于俯冲板块之上的火山岩中,它也可能会随着俯冲通量的变化而变化。

在对俯冲通量、磁翻转速度和锆石年代的数据进行统计分析时,我们发现这些数据与板块从地表俯冲到足以影响地核的1.2亿年时间差之间有显著的相关性。因此,地球的磁场的确很可能受到了岩石圈下沉板块的影响。

这种相关性并不完美,即便完美,也不一定意味着上述的因素之间存在因果关系,因为可能存在一些潜在的混淆因素。但这个结果令人深受鼓舞,因为它与我们初期对地球如何运作的预期相符。并且还由此做出了一个独特的预测:由于俯冲通量在过去的1.2亿年里有所下降,因此预计在未来的1.2亿年里,地球磁场翻转的速度或也将有所下降。


蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者 狗格格,转载须授权 

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