磁性地球知多少

赫生童子

	磁性地球知多少 2016-06-08 11:20:27 【化石網 \ 洪河】我們生活在一個具有磁場的星球上。地球本身就是一個巨大的磁場，磁力是一種最強大、最基本的力量，它和我們的生活密切相關。也許，正是因為有了強大的磁場，地球才變得生機勃勃，欣欣向榮。 人類對地球磁場最常見，最古老的利用就是利用羅盤來指示方向。許多動物在利用地球磁場方面比人類要聰明得多，科學研究表明，許多種生物，如鴿子、龍蝦以及某些細菌等，體內都含有用於判別方向的永磁體，這些磁體保證了這些生物永遠都不會迷失方向。 地球磁場更重要的作用在於它時刻保護著地球生物免受宇宙射線的傷害。地球生物的能量主要來自太陽，太陽這顆龐大的恆星是一座巨大的核反應場，釋放出巨大的 放射性熱能以及強大的帶有電荷的粒子流。這些粒子如果到達地面，就會對生於斯長於斯的地球生物造成致命的傷害，破壞它們的繁衍。例如，它能使人類換上皮膚 癌、白內障等疾病。地球的磁力線以能量波的形式從地心經過南極，行經數十萬公里，進入太空，再由北極返回地球，最後回到地核內部，整個磁場像一把巨大的 傘，阻擋著太陽向地球的輻射，這道無形屏障迫使放射性的粒子遠離地球。然而在兩極地區，磁力線是垂直進出的，磁場的屏障作用很弱，宇宙射線會輕鬆的進入大 氣層。當帶電粒子擊中大氣時，會使空氣發生離子化，形成了等離子體（一種電子被剝離原子核的過熱氣體），薄薄的等離子體在空氣中形成了漂亮的波動光線，這 就是極地地區常見的極光現象。 地球的磁場是如何產生的呢？這要從地球的結構說起。地球是由不同的層狀結構組成，最外面是地殼，它是相對較薄的岩層，厚度大約幾十公里。地殼以下是厚厚的 地幔，它在地球內部的體積最大，厚度大約3000公里，由似油狀（有點像糖漿）的岩石構成。地球最中心是地核，其體積和月球差不多。地核又可分為兩個部 分，即液態的外地核以及固態的內地核。在地球的最核心部分是地球的核動力工廠，那裡發生著劇烈的化學反應，所產生的能量用於驅動外地核中數以兆噸計的液態 的鐵與鎳不斷循環流動，這些導電物質按照一定的規律運動，由於電磁感應而產生了地球的磁場。或許正是因為磁場源於地核處的液態金屬球，導致了地球的磁場並 不穩定，它總是在發生著各種或大或小的變化。 我們知道，地磁的南北極和地理上的南北極並不是完全重合的，它們之間的夾角被稱為磁偏角。磁偏角隨時間和地點的不同而不同，這實際上是地球磁場變化的一種 反映。300年以來人類繪製的航海地圖資料上清晰地記錄了磁偏角的變化情況，這些航海資料成為了用來研究地球磁場變化的極好材料。科學研究發現，地球的磁 性正在顯著變弱，自17世紀以來，地球磁場的強度減弱了大約15％。磁場力量減弱後，高空飛行的客機以及軌道上的太空人額就開始暴露在較高劑量的太空輻射 下。 另外，科學家還從火山熔岩中發現了地球磁場變化的現象。火山噴發時會將火山熔岩帶到地表，這其中包括了大量含有鐵磁體（鐵或鎳的氧化物）的礦物，當鐵磁體 被加熱到一定溫度時候，就會完全喪失磁性。例如，鐵加熱到760℃時會失去它的磁性，而鎳在加熱到356℃時也會失去磁性，這個相應的溫度值就是所謂的居 里溫度，是由居里夫人在1895年率先發現的。高溫的火山熔岩噴出地表（或海底）後便開始冷卻固化，越過居里溫度時，鐵磁體礦物便在地磁場的作用下重新獲 得磁性，硬化了的熔岩也因此把地球磁場的強度與方向記錄了下來。因此，每一股熔岩流都指示了火山噴發時刻地球的磁場情況。研究人員在識別火山岩中的磁性記 錄時發現，磁極在有的地質時期是倒轉的，即與今天南北極分布正好相反，甚至在漫長的地質歷史時期，磁極的倒轉還周期性地頻繁發生著。 圖：大洋中脊兩側對稱分布的磁性異常條帶為海底擴張和板塊構造理論提供了佐證 類似的現象在海底也可以觀察到，大洋中脊是板塊不斷增生的部分，在大洋中脊處，炙熱的熔岩不斷踴向地殼表層，將較老的熔岩對稱地推向兩側。通過磁力 儀可以發現，大洋中脊兩側對陣分布著磁性異常的熔岩條帶，這些條帶記錄了地質歷史中頻繁發生的磁極倒轉現象，也論證了地質學中的重要理論，即海底擴張和板 塊構造理論。 利用火山熔岩的資料，人們繪製了地球在地質時期磁極倒轉的情況。在圖中，用黑色表示和今天地球磁極一致的「正向磁性」，白色表示與此相反的「反向磁性」。這些黑白線條構成了地球獨特的「條形碼」，形象地表示了磁極在地質歷史時期中的頻繁交替。 圖：通過火山熔岩識別出地球的「條形碼」 地球在形成以後，磁場曾經歷過數千次的倒轉，最近一次磁極倒轉發生在約70萬年以前。今天的地球隨時都面臨著下一次的磁極倒轉，只是沒有人知道會在什麼時候發生。 磁極倒轉會發生什麼現象呢？地球磁極倒轉時，磁力圈會削弱或完全中斷，那時，宇宙射線會不受任何攔阻，大量進入大氣層，地球會隨意在各地產生多處極區，東 西南北各方都有可能，到了夜晚，各處都可以看到極光現象。對生物來說，宇宙射線會破壞生物的遺傳型，威脅生物多樣性。另外，地質學的研究還發現，最近 250萬年以來，地球磁極的倒轉往往伴隨著某些單細胞生物（如有孔蟲）的絕滅，很難認為這僅僅是一種巧合現象。磁極的倒轉是瞬間發生的，也許對於地球上的 生命將是一場巨大的浩劫。 逐漸變弱的地球磁場是否會在下一次的磁極倒轉中重新變得強大起來呢？答案或許是令人沮喪的。地球最中心是固態的內地核，內地核的體積會隨著地球的逐 漸冷卻而增大，並逐漸將液態的外地核凝固起來。實際上，地球自形成以來，本身的溫度一直在降低，終有一天，地核會完全凝固成為固體，那時候，地球的磁場就 消失了。沒有了磁場的地球會是怎樣的呢？看看太陽系中的我們的紅色近鄰——火星，或許對我們有一定的啟示。 目前人類已經對火星進行了多次成功的探測，火星探測器具有磁力檢測裝置，人們發現，火星地核並沒有發射出任何磁場。只是在火星地殼的某些區域檢測到 了強烈的磁性，這些磁性來自於局部的火星岩石。這表明，當具磁性的岩石形成時，火星是有磁場的，火星曾經和地球一樣，擁有磁場和液態的核心，只是它的磁場 消失了。研究人員推測，火星的內核一定是在某個時刻發生了硬化，從此以後就再也不能產生磁場了。 火星現在的模樣，或許昭示著地球的未來。我們今天所賴以生存的磁性星球，在遙遠的某一天也會變得像現在的火星一樣——荒涼，而且毫無生機。【洪河】 https://read01.com/zh-tw/66Lm2y.html#.XBUMvLxS_IU