北极要漂走，是谁在捣鬼？

海说神聊极正在漂移，并且比以往任何时辰都快。为了理解为什么，我们需要到地球的中间找谜底。

不断转变的地磁场

您能指出海说神聊极吗？也许您会说，拿一枚指南针，红箭头所指的不就是海说神聊极偏向吗？没错，大大都环境下是这样，但也有犯错的时辰。譬如，若是您在美国加利福尼亚，指南针所指的偏向与真正的海说神聊极错开了整整18°角。这个差错可不小，即使对于徒步观光者，也已经是直行仍是左转的区别了。

不仅地磁场的局部会有异常，海说神聊极自己也不并老是固定在一个处所。1900年，海说神聊极在加拿大境内，但一个宿世纪之后，它已经移至格陵兰岛四周。在曩昔的18年里，它以每年40千米的速度继续标的目的东漂移，今朝正移标的目的西伯利亚。

地球磁场的怪异行为并没有就此竣事。有时它还会反转“变性”——海说神聊极变南极，南极变海说神聊极。所以，在地球汗青上，指南针红箭头好几回指标的目的南极。您如果依靠指南针，那可真要背道而驰啦。

这一切是怎么回事？解开这个谜，对于领会我们这个星球的将来至关主要。

地球磁场是若何发源的？

固然我们中很少有人去过海说神聊极，但对于海说神聊极，我们并不目生。很多孩子都知道，那是圣诞白叟呆的处所。但海说神聊极不止一个：有地舆海说神聊极，那是地球自转轴与球面订交的处所；有地磁海说神聊极，那是地球磁场磁力线发出的处所；两者并不重合。地舆海说神聊极是不会移动的，会移动的是地磁海说神聊极，本文谈论的“海说神聊极”即指后者。

同样，它在地球另一端的对应点叫地磁南极。地磁南极也并不像您想象的那样位于南极中心，它也会移动。

几个宿世纪以来，地磁场是若何发生的一向是个谜，伤透了良多科学家的脑子。爱因斯坦本人曾经认为，地磁场的发源是物理学中尚未解决的最大问题之一。后来，爱尔兰物理学家约瑟夫·拉莫尔在100年前初次提出，地磁场是由位于地球中间的带电金属液体，在地球自转感化下扭转发生的。这一机制被称为“地球发电机”假说。

越来越多的证据证实，拉莫尔是对的。地质学家从地动波穿过地球内部时反射回来的旌旗灯号知道，地球内部有一个金属核，它由两部门构成，内核和外核。内核温度高达6000℃，比太阳概况的温度还略高。按理说，在这样高的温度下，金属早就熔化当作液体了，但因为庞大的压力，内核仍然是固体。外核则是熔融的铁水，体积是月球的七倍之多。因为外核内与内核相邻，外与地幔相邻，存在两个界面，表里界面有温度差，意味着铁水在不断地对流。温度高、密度小的铁水上升到外核的外层，冷却，密度变大之后，又下沉，熔化当作铁水，周而复始。金属液体中布满了电子，恰是这些移动的电荷发生了磁场。

错综复杂的地磁场

若是仅仅只有对流，地磁场的外形可能相对简单。然而，地球自转把工作搞复杂了。自转的离心力会将对流中的铁水往一个偏向甩，离心力巨细取决于流体在地球内部的位置。让工作变得加倍麻烦的是，在分歧的处所，金属液体的密度、粘度也都分歧。所有这一切加在一路，导致了一个错综复杂的湍流活动，由此形当作一个错综复杂的地磁场。

考虑到这一切，磁极在漂移不奇异，要惊奇的却是磁极为什么没有疯狂漂移。对于这个问题，可以这样回覆：因为这里所说的流体活动，都长短常迟缓的，是“慢镜头”，需要在数万年的时候标准上去考虑。短时候内看起来，漂移不会“太疯狂”。

磁极的漂移可用这种迟缓的湍流来诠释。但接下来会发生什么还不清晰。海说神聊极会继续移动吗？会移多远？会不会已处于反转的边缘了？这些问题很是值得我们去问，去研究。因为地磁场对于我们的保存至关主要。若是不是地磁场为我们修建了一副“磁盾牌”，帮忙我们偏转了太阳风中的带电粒子，地球上的生命早就扑灭了。此刻，天然也没有人但愿它急剧漂移，俄然反转。那这样的话，我们将支出庞大的价格。

地磁场的记实者

领会地磁场将来的一个法子是回首它的曩昔。它的曩昔记实在一些岩石和矿物中。像长石这样的磁性岩层变热后再次冷却时，此中的晶体朝标的目的就会与那时本地的磁力线对齐，因为这些晶体内部含有磁性物质。于是，它们当作了地磁场的杰出记实者。经由过程读取这些晶体，我们可以领会数百万年前的地磁场。

这些记实表白了地磁场在整个地球汗青中何时削弱，何时增强，何时完全反转的。我们此刻知道，在曩昔的8300万年中，有过183次磁极反转，比来一次发生在78万年前。2019年，美国科学家约翰·塔杜多阐发了加拿大魁海说神聊克地域5.65亿年前的磁性岩石，发现那时的磁场是今天的1/10——这是在地表测量到的有史以来最弱的地磁场。按照这一发现，他阐发得出结论：在5.65亿年前，地球履历了一个为时75000年的不不变期，在那段时候，地磁场极不不变，偏向和强度都在不断转变。

内核的形当作拯救了地磁场

这不仅再次证实了地球磁场万万年以来一向在转变，并且揭示了早期地球的更多故事。有些时辰，地磁场看起来朝，几乎濒临解体。若是这事真的发生了，复杂生命就不太可能在地球上呈现。

是什么阻止了这场灾难？塔杜多的诠释是，地球内部实心内核的形当作。

在降生之初，地球的整个核原本都是熔融的金属，没有表里核之分，演化到某个时候点，内部温度较着下降，这导致对流活动减缓。对流减缓又导致地磁场减弱，几乎消逝。但与此同时，另一个动力起头启动了：冷却让地球焦点最深处的元素起头结晶，形当作固体内核。一些较轻的元素，例如硅和氧，从内核挤出，进入外核，使外核的底层物质密度降低，意味着更轻易浮到上层去，这为对流增添了新的动力。恰是这个动力，让奄奄一息的地磁场从头获得了生气。

塔杜多的研究还揭示，为什么地表从津巴布韦延长到智利的一块地域，那边的磁场今天很是弱——事实上，因为地磁场太弱，卫星在穿越其上空时，需要额外的庇护，不然，卫星上的电子设备就有被太阳风轰毁的危险。塔杜多和他的同事发现，在这片区域的地下，地磁场与地面是相反的，即指南针红箭头在地面指标的目的海说神聊极，而在地下，指南针红箭头却指标的目的南极。正标的目的的地磁场被反标的目的的抵消，残剩的磁场天然就很是弱了。这一发现半斤八两令人震动。

塔杜多的团队在良多处所都看到了地磁场异常的现象，甚至可将某些异常追踪到地球外核中的流体活动。他们甚至可以按照记实，追踪汗青上磁极反转是若何发生的。

为地磁场成立电脑模子

除了在地表寻寻觅觅，科学家还试图经由过程为地磁场成立电脑模子，来展望下一步将要发生什么。例如，美国加利福尼亚大学的加里·格拉茨梅尔等人从根基物理定律出发，为地磁场成立了一个电脑模子。当模子运行时，他们看到磁场强度若何随时候和位置而转变，还看到磁极的漂移，甚至反转。这一切都合适我们在实际中看到的。

令人遗憾的是，今朝电脑模子还过于简单，良多身分还无法考虑，良多现象还诠释不了。

若是您想展望地表任何一个点的磁场偏向，工作就会变得加倍复杂。因为磁石集中的区域反过来也会影响到本地的磁场，造当作磁力线的偏离。这就是为什么指南针在加利福尼亚州和其他很多处所不克不及直接指标的目的海说神聊极的原因。

在什物模拟地磁场

也许我们需要一个更实际的模子——什物模子，而不是电脑模子。说到地核的什物模子，没有什么比美国马里兰大学的丹尼尔·莱思罗普建造的液态钠球更令人印象深刻了。

化学教员告诉您，钠是一种很难处置的金属，在潮湿的空气中轻易自燃，即使很少的量，也很危险，所以凡是保留在火油中。

但莱思罗普与之打交道的钠并非少量。他正在摆弄一个装在不锈钢中，直径3米的液态钠球。整个装配重20吨。在钠球中间，有一个直径1米的实心金属芯，能自力地以15次/秒的速度扭转，用以模拟地球内核，液态钠球则模拟外核。分布在外概况的31个磁强计，用于测量发生的磁场。因为这个模子的焦点比现实地核要小得多，他不得不消导电机能比铁更好的金属钠以及更快的扭转速度来抵偿：当半斤八两于地球外核的液体钠球全速动弹时，速度能达到每秒扭转4次。

经由过程尝试，莱思罗普的团队证实，液态金属钠的湍流可以或许维持并放大磁场，这证实了拉莫尔的地球发电机假说确实合适事实。然而到今朝为止，他们还没法子让磁场自觉地发生。

什么叫让磁场自觉地发生？本来按照地磁场的形当作理论，地磁场先有一个“种子”磁场，也就是说，地球与生俱来有微弱的磁场，然后颠末“地球发电机”机制放大，才有今天的强度。为什么需要一个“种子”磁场呢？因为地球是电中性的，正负电荷的电量应该相等。但正负电荷原本是混在一路的，它们若是不分隔，是不会发生任何磁场的，所以必得先有一个“种子”磁场，让正负电荷在活动时朝分歧偏向偏转，才能将其分隔。而地球的这个“种子”磁场又是经由过程此外机制自觉发生的。

遗憾的是，莱思罗普的尝试不克不及自觉地发生“种子”磁场，这个磁场“种子”需要报酬地添加进去。

2018年，有德国科学家提出，地磁场的自觉发生，可能源于地球的进动。所谓进动，就是一个自转物体受外力感化之后，其自转轴又绕某一中间扭转的现象。因为太阳与月亮的引力感化，地球的自转轴在地球绕太阳公转时，并不老是连结在空间的统一偏向上，其自转轴同时又绕着公转轴扭转。这种进动以大约25700年的周期在空间描画出一个圆锥面，锥面的顶角为23.5°。

为了摸索地磁场自觉发生的机制，德国德累斯顿正在扶植一个更大的尝试装配，它包罗一个装有8吨液态钠的圆筒。圆筒将绕其长轴每秒扭转10次，长轴自己又绕另一条轴每秒扭转1次，以模拟地球的进动。

所有这些尽力都是值得我们支出的。起首，从小的方面来说，若是知道了地磁场是若何转变的，我们可以提前预防，庇护电网免受太阳风暴的影响。从大的方面说，在极端环境下，地球也可能会完全掉去地磁场——就像40亿年前在火星上发生的那样——从而酿成不毛之地。我们不要把地球此刻拥有的地磁场视为理所当然，我们要清晰，南北极是会漂移的，地磁场是可能会掉去的。

发表于 2020-01-06 02:00
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