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約 77 萬年前地磁逆轉事件 磁場對調時間達 2.2 萬年比想像長逾一倍

2019/8/8 — 18:09

地球磁場看似非常穩定,是可信賴的導航工具。然而,地球兩極磁場一直都會緩慢地漂移、變化,並每隔幾十或百萬年就會出現對調情況。而近期北極磁場正轉移至西伯利亞,逼使全球定位系統 (GPS) 比預期早更新其軟件,以準確地為全球各地人士導航。

類似的其實磁場逆轉在地球歷史上發生過無數次,但科學家對其發生的原因及如何發生只有非常有限的理解。威斯康辛大學麥迪遜分校地質學家 Brad Singer 團隊在最新刊於《科學進展》的研究發現,最近一次地場逆轉、 77 萬年前開始發生的「布容尼斯 - 松山逆轉事件 (Brunhes–Matuyama reversal) 」,需要至少 2.2 萬年完成,比此前認為的長,至少並不如部份有爭議研究所說兩極磁場可於一代人的時間內完全逆轉。

地球的磁場是由地球主要以液態鐵與鎳組成的地核外核在固體內核周圍旋轉產生的。這種轉動創造了一個最穩定、貫穿南北兩極的磁場,但除非有完整、準確和高解像的記錄,找到地表真正發生磁場逆轉,否則很難討論產生逆轉的機制是什麼。

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熔岩本身就含有大量鐵的礦物質,在冷卻時可鎖定磁場方向,但火山沒有不斷噴出卻並非一個準確磁場數據,而隨著地下噴出熔岩形成新的岩層,人類可從中獲得長期磁場轉變記錄。團隊於智利、大溪地、加勒比海與大西洋加那利亞群島等多地,取得熔岩、海洋沉積物與冰芯樣本,並結合磁場讀數與岩層放射性同位素氬 (argon) ,希望更準確分析過去地布容尼斯 - 松山逆轉事件所需時間。

團隊發現,逆轉事件最後過程根據地質標準非常快,只耗時不足 4,000 年。不過在這階段之前經歷長時間的磁場不穩定,包括兩次短暫的部分逆轉時期,這過程持續了 18,000 年,比最近其他團隊提出的所有逆轉事件都在 9,000 年內結束說法多逾一倍。

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另外,團隊又指自人類有記錄以來,磁場強度正以每個世紀約 5% 速度減少。現時學界擔心磁場逆轉可能會顯著影響包括導航、衛星與地面通訊等的電子設施,而磁場弱化極有可能是完全逆轉的先兆,但暫時不能確定逆轉是否很快就出現,或者將有幾代人會經歷磁場不穩定時期。

來源:
Phys.org, Earth's last magnetic field reversal took far longer than once thought, 7 August 2019

報告:
Singer, B.S., Jicha, B.R., Mochizuki, N. & Coe, R.S. (2019). Synchronizing volcanic, sedimentary, and ice core records of Earth’s last magnetic polarity reversal. Science Advances 07 Aug 2019: Vol. 5, no. 8, eaaw4621. DOI: 10.1126/sciadv.aaw4621

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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