对人类有威胁吗？北美地磁场已削弱50％，未来北磁极或移向中国

科学家们在对地磁场的研究中发现，地磁场是变化的，不仅强度不恒定，而且磁极也在发生变化，每隔一段时间就要发生一次磁极倒转现象。

科学家们通过对陆地岩石与海底沉积物的磁力性质测定，终于发现在过去的7,600万年里，地球曾发生过171次磁极翻转。而早在上世纪初，法国著名地质学家布律内就发现距今最近的一次磁极翻转发生在781,000年前，远大于历史上44万年的平均翻转时间间隔。这意味着未来地球磁极随时可能翻转，那么如果磁极翻转，对人类、地球有什么影响呢，是一种致命的威胁吗？

通常物质所带的正电和负电是相等数量的，但由于地球核心物质受到的压力较大，温度也较高，约6000°C，内部有大量的铁磁质元素，物质变成带电量不等的离子体，即原子中的电子克服原子核的引力，变成自由电子，加上由于地核中物质受着巨大的压力作用，自由电子趋于朝压力较低的地幔，使地核处于带正电状态，地幔附近处于带负电状态，情况就象是一个巨大的“原子”。

科学家相信，由于地核的体积极大，温度和压力又相对较高，使地层的导电率极高，使得电流就如同存在于没有电阻的线圈中，可以永不消失地在其中流动，这使地球形成了一个磁场强度较稳定的南北磁极。另外，电子的分布位置并不是固定不变的，并会因许多的因素影响下会发生变化，再加上太阳和月亮 的引力作用，地核的自转与地壳和地幔并不同步，这会产生一强大的交变电磁场，地球磁场的南北磁极因而发生一种低速运动，造成地球的南北磁极翻转。

从最近的地球测绘实验中，科学家发现地球磁场正在逐渐被削弱，且在过去的4000年里，北美洲的磁场强度已削弱了50%，北磁极已经由加拿大移动到目前的西伯利亚地区，如果翻转过程继续持续，未来北磁极很大概率会自北向南纵穿我国。种种数据与记录都表明地磁极翻转离我们越来越近，甚至在未来一个阶段内随时可能发生。

地球磁场保护我们免受太阳风暴高能带电粒子的冲击，这在太阳风暴高发期尤为重要。在地球磁场翻转的初期，磁场强度会逐渐被削弱至极弱水平，然后在1万年左右的时间里才会慢慢恢复的正常值，但磁极将发生逆转。这意味着在磁极翻转过程中有相当长的一段时间内地球失去了磁场的有效保护，太阳耀斑抛射出的高能粒子流可以抵达地球表面，对生物体有潜在的威胁（致癌等）。

研究人员对化石研究的证据表明，生物体不会受到磁极翻转的明显影响，目前也没有证据显示磁极翻转将引发更多的地震、火山喷发或气候的剧烈变化。但最为致命的是人类所创造并严重依赖的现代科技技术。纵使人类能免受高能粒子流的冲击，但地球上的工业、电力和通讯等设施将遭到毁灭性打击。

自工业革命至今区区百余年，我们没有太多可以借鉴并加以评估的实例，最好的例子要数发生在1859年的“卡林顿事件”。1859年，一场有记录以来最为猛烈、旷日持久的地磁风暴袭击了地球，当时的整个北半球，从北极圈一直延伸到加勒比、夏威夷地区都可以清晰地看到极光。而我国河北栾城的地方志《栾城县志》中也记录了此事：“清官咸丰九年……，秋八月癸卯夜，赤气起于西北，亘于东北，平明始灭。”

“赤气”中国古代对极光的称呼。太阳风暴越强，极光就越向靠近赤道的地方延伸。综合《栾城县志》中的这条记录和日本古籍中的记录，早川尚志等研究者发现极光的可见范围在东半球延伸到了磁纬度23度左右，与欧美等西半球的记录相符。

当时，全球电报系统一齐失灵，甚至点击了许多电报操作员。研究人员预计，如果这一事件发生在今天，造成的损失将高达数万亿美元。

值得说明的是，磁极翻转并不意味着地球磁场完全消失。现在，指南针尚且可以为我们准确指向南方，提供导航需要，而当地磁极完全发生翻转时，指南针将指向北方。但是，在地磁极翻转期间有一个混乱的时期，地球上可能会同时形成多个磁极点分布在全球各地，使指南针等导航仪器彻底失灵，也让那些利用磁场进行导航的动物陷入危险。

此外，磁极翻转不会在一夜之间发生这一过程可能持续数千年，或在特定条件下持续数百年。还有时，磁极在接近翻转的临界点时又突然恢复。

磁极翻转听起来似乎很可怕，给人一种世界末日的感觉。事实上正如段首所言，在整个地球演变历史中，磁极翻转是相当普遍的。尽管地球生命经历了数不清的翻转事件，但生命依然幸存至今、蓬勃发展。如此可以预料，若有朝一日磁极翻转真的来临，并不会发生大规模灭绝或其他全球性的灾难，我们也无需感到恐慌。至于技术上的事，就交给科学家们来完成吧。

作者/朱张航宇

参考文献：Earth’s magnetic field is probably not reversing, PNAS, May 15, 2018 115 (20) 5111-5116.