磁极转换【为什么南北磁极的转换正在变得越来越频繁，是什么原因造成的？】

原标题：为什么南北磁极的转换正在变得越来越频繁，是什么原因造成的？

地球磁场能够维护咱们免受太阳辐射的危险。现在地球磁场正在变得越来越不安稳，南北磁极会转化吗？

磁场转化为什么越来越频频

你或许会以为指南针总是指向北方，但事实上，在悠远的地球前史上，南北磁极现已历过屡次转化。地球磁场的存在关于地球生命意义重大，它能够维护地球生物免受太阳辐射的危险。但至今停止的地质依据剖析标明，现在地球磁场正在变得越来越不安稳。在悠远的曩昔，地球南北磁极要比现在安稳得多，每隔500万年呈现一次南北磁极大反转，但是现在，南北磁极的转化正在变得越来越频频，每隔20万年就会翻转一次。

地球磁场由地核供给动力。地心是一个固体内核，周围是呈流体状的外核，越往中心温度越高，外核中火热的铁水不断上升，然后冷却下沉。这种对流，加上地球的旋转，就像一个巨大的“发电机”，为地球磁场供给动力。

由于地球中心温度和铁水活动状况的改变，导致南北磁极方位发作改变，这些改变会在岩石上留下痕迹。熔岩冷却时，岩浆中的磁铁矿物质按地磁场的方向被磁化，岩浆冷却并凝结下来后，地磁场的方向和磁极被保留在磁化了的岩石中。因而科学家能够依据熔岩年代以及上面留下的痕迹，推算出前史上各个不同时期磁极的方位。

科学家发现，在曩昔1亿年里，地球磁场已发作过大约170次磁极反转事情，最近一次的地球南北磁极反转发作在78.1万年前。

磁极反转是否正在变得越来越频频？在理论上，这要取决于地核中发作了什么样的改变。

研讨人员以为地心内核在缓慢添加，而地心外核则在逐步变冷凝结，这意味着磁极翻转会更频频。美国加州大学圣克鲁斯分校的加里·格拉特兹梅尔和他的搭档经过模仿试验标明，地心内核越大，对地心外核岩浆活动的阻力就越大，磁场也越不安稳。

但这一点很难证明，由于越是陈旧岩石上磁场方向的依据越是难以无缺保存下来。芬兰赫尔辛基大学的托尼·维科莱恩将从5亿～30亿年前史的岩石样本上获得的一批数据搜集在一起。首要，他筛选了全部不可靠的数据，例如，将有或许导致数据紊乱的含有赤铁矿的样本排除在外，一些冷却缓慢的岩石也被排除在外，如花岗岩。

经过这些数据资料，维科莱恩发现，在悠远的曩昔，地球磁场要比现在安稳得多，磁极反转的频率要比现在低得多。1亿～15亿年前，地球磁场反转每隔370万年发作一次，但在更悠远的15亿～29亿年前，地球磁场每隔500万年才翻转一次。而在较近曩昔的1.5亿年里，地球磁场每隔60万年翻转一次，在更近些的1千万年至20万年里，地球磁场转化的速度持续加快，每隔20万年至25万年就翻转一次。维科莱恩说：“这些依据标明，地球磁场曩昔要比现在安稳得多，磁极反转的频率也要低得多。”

下一个磁场反转事情会很快到来吗？这很难说。依据欧洲航天局的卫星群搜集到的最新数据显现，地球磁场正以每10年5%的速度在变弱，尽管磁场总是在不断的改变之中，但地球磁场每100年5%的速度发作改变或许更正常一些，因而一些人估测下一次磁极反转或许正在迫近。

在磁极反转发作时，地球磁场会大大削弱，甚至消失一段时间，到时会发作什么现在还不十分清楚，但据科学家们估测，有或许极大地影响到电网和通信系统的正常运行。

地心活动与磁场转化

地球深处的地心是一个难以想象的地方。在离地上5000多千米的含铁丰厚的地核内，超高温度堪比太阳表面的温度，巨大的压强相当于20头蓝鲸的重量效果在一张邮票上。

正是地心中的这种极点环境生成了地球磁场，也正是有了掩盖整个地球表面的地磁力，咱们这颗行星上才有或许孕育出丰厚多样的生命方式。当太阳带电粒子偶尔拜访地球时，地球磁场可迫使其转变方向，避免地球遭到被狂暴的太阳带电粒子“狂轰滥炸”的厄运。没有强壮磁场的这道防地，太阳风暴来暂时，地球上全部的生命方式都会被烤干，地球大气层也将会逐步消失。

几十年来，科学家们一直在努力探究地球磁场和磁性的秘密。有一个普遍认可的共识：地心外核活动铁水的导热性发生磁场。但是，近几年科学家对地球磁场的研讨有了更多新的发现。有科学曾家提出，现在地心中的活动铁液的导热性比之前所以为的更强，这意味着前期地球即便有磁场存在，磁力也很弱，但令人困惑的是，古代岩石上的磁极改变记载显现，强壮的磁场现已维护了地球几十亿年。

地心中的热传导与热对流

那么，这究竟是怎么回事呢？2015年1月，超级计算机模仿供给了一个或许的答案。计算机模仿地心中极点温度和极点压力环境中电子围绕铁原子活动的状况显现，前期地球地心中铁的热传导率极低，足以发生一个强壮的磁场，当时，研讨人员以为地心神秘之谜或许现已得到处理。但之后研讨人员模仿地球地心极点环境的试验让人们怀疑，尽管离真实的答案更近了一些，但地心之谜真的那么简单得到处理吗？

咱们知道，热对流就像平常烧水，先是下面的水受热，然后升上去，上面凉的水就会降下来然后受热。热对流一般是发作在气体和液体中的，受热的气体或液体会带着热量升上去，凉的气体或液体会下沉，受热后持续升上去，上去后丢失了热量又会降下来。这样重复循环，就是对流。热传导是发作在固体中的，重要的是两个固体要触摸，然后热量会经过两个物体分子的触摸从高热量的物体传到低热量的物体，直到它们的温度相等。

地心中的地核就像一个巨大的热力发动机，宇宙中星体物质大磕碰时期遗留下来的能量为它供给了很多的“燃料”，跟着地球逐步冷却，内核逐步凝结，但外层的原始能量依然围绕着凝结成固体的内核运动着。一些热能经过热传导效果在原子间传导，但当热能超越了内热传导效果的极限时，较热的部分就会像热气球中的热空气一样上升，较冷的部分向下沉降，构成热对流，跟着对流效果开端构成，地核物质也开端运动起来。

热对流使得外核融化的铁水像漩涡一样旋转起来，不断旋转的火热液体起着巨大发电机的效果，保持和强化着原有的磁场。如果更多的热量是经过热传导效果，而不是经过热对流效果来传达，这个“发电机”的运动就会削弱，磁场也会变弱。

5年前，科学家以为地心外核中铁液的热量大部分是经过热对流效果传输的;但2012年多个研讨小组别离发现并提出，更多热量是经过热传导效果在地核中传输，地核中的热对流则相对较弱，如果是这样，是否意味着地球磁场会有费事呢？

美国华盛顿卡内基科学研讨所地球物理学家彼得·德里斯科尔说：“这是一个令人震惊的结论。”关于热对流效果驱动强壮地球磁场的理论，人们开端发生了疑问。

地球磁场活动的试验与理论

研讨发现，驱动现代地球地核运动的并不仅仅是热对流，在前期地球逐渐冷却的进程中，地心中的铁开端由内而外凝结起来，这个进程还在持续之中，现在固体内核向外添加的速度高达每秒6000吨。较轻的元素，如氧和硫，混合在固化的铁中被揉捏进入地心外核，向外的推力导致地心外核剧烈搅动，保持着地磁“发电机”的持续运行。到现在停止，地核的凝结部分只占4%，还有很多能量可持续保持磁场运转数十亿年。地球磁场的未来咱们还不需求忧虑，但地球磁场的曩昔依然仍是一个扑朔迷离的谜。2012年对地球地核的热传导率估量标明，地核只是在曩昔10亿年里才开端凝结，在此之前，地核中缓慢的热对流只能发生一个弱磁场。

但是，岩石记载显现的却好像与咱们揣度的不一样。2017年7月，美国纽约罗切斯特大学地球物理学家约翰·塔都诺和他的搭档在《科学》杂志上发表文章提出了最陈旧地球磁场记载的依据。经过测量嵌入古代晶体中的磁性杂质，研讨人员证明，42亿到33亿年前，地球现已构成了一个比较强壮的磁场，改变幅度相当于现在地球磁场的约12 %～100%。

从那时开端的地球磁场前期改变的前史也同样令人困惑。地球物理学家估测，当较轻的物质离开内核，以一种新的方式“搅拌”这个巨大的磁力发动机时，磁场强度会突然添加，“为磁场供给了一个新的动力。”美国约翰霍普金斯大学地球物理学家彼得·奥尔森在2013年《科学》杂志上发明的一篇论文中，对这种难以捉摸的现象称为“新的地核悖论”，即地球磁场的干流理论和地磁改变前史留下的记载无法吻合。

但是，导致这一悖论的观念也并非是最终结论。地心温度可达6000℃，压强是海平面大气压强的300万倍以上，人们无法真实进入地心一游，根本没有直接测量和搜集数据的方法。现在科学家还无法在试验室里精确模仿地心的极点环境，测量出精确的热传导率。事实上，科学家在试验室里模仿试验的温度通常都低于1700℃，现在只能依据差强人意的模仿条件来揣度地心中发作的全部。因而，这种揣度或许会发生模棱两可的成果，由于它假定的是，试验温度和地心实践温度之间的差异，不会明显改变地心中熔岩的行为方式，但这只是一种或许的设想。2015年早些时候，研讨人员提出，对热传导率估量过高，或许是疏忽掉了试验条件下相对较低温度与地心中实践上的恶劣温度环境之间的差异导致的某些东西，而这被疏忽掉的某种东西有或许是处理新发生的地心悖论的要害。

要了解铁熔液的热传导率，就需求深化了解电子是怎么绕着铁原子旋转运动的。在铁这样的金属里，是经过自在移动的电子传输电荷和热能，铁的导电功能和传热功能取决于这些电子的传输能力。

在地球表面的温度和压力条件下，抵抗电子移动的阻力被以为来自铁原子自身。电子与振荡的铁原子相撞，约束了电能和热能的传输。但是，地核中的铁熔岩的行为却非常的不同，在地核中铁熔液受的揉捏力是正常密度的1.6倍，而很多的热能也极大地提高了电子运动的速度。

磁场是地球的强壮维护神

2017年7月，研讨人员对陈旧岩石的剖析标明，强磁场维护地球至少已有42亿年的前史了，在地球前史上磁场一直是地球强壮的维护神。美国卡内基科学研讨所地球物理学家罗纳德·科恩和他的搭档对地核中的铁的行为进行了数字模仿，他们不是试图在试验室里进行复制地核中的极点条件的试验，而是经过数字模仿精确跟踪每个电子的活动。

科恩团队的模仿从处于地心温度和压力条件下的数百个铁原子开端，电脑程序对每个铁原子和电子施加压力，推动每个粒子一点一点向前移动，一遍又一遍地重复这一进程，直到经过这些“快照”创建出一个电子移动的视频。对庞大数量的粒子活动进行模仿，以及对它们之间错综复杂的联系进行计算是一项非常耗时耗力的作业，即便是经过超级计算机，也无法得到确切的热传导率，研讨人员只能经过一次又一次的重复试验，尽或许降低程序对铁的热传导率计算的不确定性。

在到达之前试验室的试验温度时，科恩团队的计算机模仿成果与之前1700℃温度时猜测的铁的热传导率相一致。而在超越这个温度时，一个之前完全被疏忽了的交互效果开端呈现，他们发现，除了铁原子振荡时的电子散射之外，热能激起的电子活动也更加频频，并开端相互磕碰。在地心环境中，这种电子间磕碰的效果，与电子与铁原子的磕碰同样重要，并在实践上导致遭到的阻力翻了一番，使得热传导率降到只有2012年估量的约一半。

这个新得出的较低的热传导率估量值，是否能够帮助处理近年来令人困惑的矛盾和问题呢？多名地球物理学家对此持谨慎乐观的情绪，不管怎么说，新的热传导率估量依然只是一种理论，它需求试验成果来证明更高温度下电子与电子间的磕碰活动。但到现在停止，这依然是很难实践进行的一种试验。

美国德里斯科尔提出，新发生的地核悖论也并非不可破解，来自地心内核的很多热量流足以发生保持磁场的对流。他以为，额定的热量或许来自放射性元素的衰变。据研讨人员估测，地核中或许含有很多的放射性铀和钍。据德里斯科尔计算，现代地核中相对少数的放射性物质也足以转化为古代磁场的巨大推动力。如果说现在只有少数的放射性物质给地核供给热量，这意味着几十亿年前，地心中曾有着很多的放射性原子驱动着热量的传输。

地球表面以下数千米的地核中究竟发作了些什么，科学家仍在探究和争议之中。这是一个值得探讨的问题，鼓励着人们去探究地核和地球磁场的真相。返回搜狐，查看更多

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