四萬兩千年前地磁極發(fā)生短暫倒轉(zhuǎn) 引發(fā)地球一系列環(huán)境危機(jī)
作者:知識 來源:綜合 瀏覽: 【大 中 小】 發(fā)布時間:2025-11-22 16:39:29 評論數(shù):
（神秘的兩危機(jī)地球uux.cn報道）據(jù)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（撰稿：樊耘暢/地星室，趙盼/巖石圈）：地磁場是千年前地地球重要的基本物理場之一，它源自地球外核流體運動，磁極杭州外圍（外圍女）外圍上門（電話微信199-7144=9724）全國1-2線熱門城市快速安排30分鐘到達(dá)攜帶了地球內(nèi)部的發(fā)生重要信息。地磁場阻擋了大量宇宙射線和太陽風(fēng)高能粒子的短暫倒轉(zhuǎn)地球侵襲，保護(hù)著地球上的系列生命。地磁漂移是環(huán)境指地球磁場的長期變化中存在的某些“異常”變化，當(dāng)虛地磁極（VGP）的兩危機(jī)緯度變化超過45°時，可認(rèn)為發(fā)生了地磁漂移事件。千年前地大多數(shù)地磁漂移表現(xiàn)為地磁極的磁極反向變化（Roberts, 2008），并伴隨地磁場強(qiáng)度的發(fā)生減弱，隨后地磁極逐漸回到漂移前的短暫倒轉(zhuǎn)地球方向，這個過程持續(xù)約幾千年。系列地磁漂移事件發(fā)生時，環(huán)境杭州外圍（外圍女）外圍上門（電話微信199-7144=9724）全國1-2線熱門城市快速安排30分鐘到達(dá)地磁場強(qiáng)度變低，兩危機(jī)對于高能宇宙射線的屏蔽作用減弱，大量的高能帶電粒子進(jìn)入地球大氣層，影響地球環(huán)境和生命。但地磁漂移事件對地球環(huán)境與生命會造成哪些影響及其造成這些影響的機(jī)制，目前仍不清楚。研究地磁漂移期間的地磁場和地球環(huán)境變化，對于了解地磁場對環(huán)境與生命的影響機(jī)制有重要意義。
拉尚漂移（Laschamps Excursion）是發(fā)生在大約42-41 ka的一次相對較短時間（<1000年）的地磁漂移事件，1969年首次在法國奧弗涅區(qū)的拉尚熔巖流的古地磁研究中發(fā)現(xiàn) （Bonhommet and Zahringer, 1969），隨后在全球多地火山碎屑與沉積物中報道，是研究地磁場極性變化影響的最好時期之一。雖然對格陵蘭冰芯的研究未能揭示拉尚漂移對高緯度古氣候的影響（Wanger, 2001），但拉尚漂移時期，大洋洲和安第斯山脈出現(xiàn)了局部冰川最大值，大氣環(huán)流模式也發(fā)生了變化，澳大利亞發(fā)生了整個大陸的干旱化和巨型動物的滅絕。此外，該時期到達(dá)地球大氣層的太陽和宇宙輻射水平顯著增加，大氣電離作用增強(qiáng)，臭氧水平減弱。這些環(huán)境變化的時間大致與拉尚漂移的時間一致，但由于對拉尚漂移發(fā)生的準(zhǔn)確時間以及持續(xù)時間未能給出精確限定，先前研究尚不能確定這些環(huán)境變化與拉尚漂移事件之間是否存在因果聯(lián)系。
近日，南澳大利亞博物館的Alan Cooper等人針對拉尚漂移開展了年代學(xué)以及與環(huán)境變化的關(guān)聯(lián)性研究。利用新西蘭生長于42 ka前具有1700年年輪的貝殼杉（Kauri Tree）古樹中記錄的14C變化信息，結(jié)合氣候模型模擬結(jié)果，將地磁場倒轉(zhuǎn)與大規(guī)模的環(huán)境變化聯(lián)系起來，認(rèn)為在42-41 ka之間，地磁極發(fā)生了短暫的倒轉(zhuǎn)，并引發(fā)地球一系列的環(huán)境危機(jī)，并可能對當(dāng)時澳大利亞的大型哺乳動物的滅絕，尼安德特人從歐洲的消失與智人占據(jù)統(tǒng)治地位，歐洲和亞洲開始出現(xiàn)洞穴壁畫等產(chǎn)生了影響。
由于地磁場保護(hù)著地球免受來自外太空宇宙射線的輻射，當(dāng)?shù)卮艌鰷p弱時，進(jìn)入大氣層的宇宙射線變多，更多的14C由此產(chǎn)生，沉降的14C會被樹木吸收并保留，因此14C的變化可以反映當(dāng)時地磁場的變化。通過對四棵古樹化石橫截面進(jìn)行14C同位素分析，并結(jié)合古樹的年輪數(shù)據(jù)獲得了一份能夠精確測定年代、連續(xù)1700年變化的大氣放射性14C記錄。將其與中國葫蘆洞的14C曲線（Cheng, 2018）對照，得到了貝殼衫-葫蘆洞14C變化曲線（圖1）。
圖1 拉尚漂移期間的大氣放射性碳濃度變化以及與關(guān)鍵環(huán)境數(shù)據(jù)的比較（Cooper et al., 2021）
該曲線揭示，地磁場最顯著的減弱并非發(fā)生在地磁極倒轉(zhuǎn)期間，而是在發(fā)生地磁極倒轉(zhuǎn)之前約500年中，即大約42.3-41.6 ka前。在此期間，磁場強(qiáng)度減小到現(xiàn)今地磁場強(qiáng)度的0-6%，而在磁極倒轉(zhuǎn)期間，地磁場的強(qiáng)度約為現(xiàn)今的28%，這一現(xiàn)象作者稱之為“亞當(dāng)斯地磁場過渡事件”。亞當(dāng)斯地磁場過渡事件時期同時與太陽活動的極小期（Grand Solar minima）對應(yīng)。
采用貝殼衫-葫蘆洞14C變化曲線對多個42 ka附近的氣候環(huán)境事件進(jìn)行重新標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)這些氣候環(huán)境變化均與亞當(dāng)斯地磁場過渡事件時間一致。例如，奧克蘭群島Pillar Rock地區(qū)沉積記錄揭示的南半球中緯度西風(fēng)帶向兩極的傾斜發(fā)生在42.23±0.2 ka；西太平洋赤道附近蘇拉威西島托烏蒂湖沉積記錄顯示ITCZ的偏移發(fā)生在42.35±0.2 ka（圖2）。這些氣候變化均與拉尚漂移之前地磁場強(qiáng)度最小的地磁場過渡階段年齡一致。同時，該階段太平洋周圍發(fā)生的重大環(huán)境變化還導(dǎo)致了安第斯山脈中南部局部冰川的擴(kuò)張，澳大利亞巨型動物滅絕的高峰期（~42.1 ka），澳大利亞東北部林奇火山口大量燃燒的植物痕跡（41.91±0.4 ka），澳大利亞內(nèi)陸湖的消失等。其他比較顯著的影響還有尼安德特人從歐洲消失，智人占據(jù)統(tǒng)治地位，歐洲和亞洲開始出現(xiàn)大量洞穴壁畫等。因此，拉尚漂移時期地磁場強(qiáng)度顯著減弱可能是氣候和環(huán)境一系列劇變的原因。
圖2 42 ka亞當(dāng)斯事件的氣候和環(huán)境變化（Cooper et al., 2021）
該研究同時建立了全球化學(xué)氣候模型（SOCOL-MPIOM），使用現(xiàn)代地磁場偶極矩（M）和平均太陽調(diào)制勢（f）的現(xiàn)代值對拉尚漂移前的全球環(huán)境條件進(jìn)行了一系列模擬，包括拉尚漂移時期減弱的地磁場對應(yīng)的兩種強(qiáng)弱的太陽活動狀態(tài)。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)卮艌鰷p弱（對應(yīng)拉尚漂移時期）與太陽調(diào)制強(qiáng)度減小時（對應(yīng)太陽極小期），大氣電離作用大大增加，導(dǎo)致氫氧和氮氧化物（HOx和NOx）的大量生成，降低了平流層的O3混合比（~5%），增加了對流層的O3混合比（~5%），整個大氣的臭氧水平也隨之改變（圖3）。這些改變會對中高緯度地區(qū)的氣候產(chǎn)生影響，在北半球，臭氧濃度降低改變了赤道到兩極的溫度梯度，減弱了北極的極地渦旋，導(dǎo)致極地平流層的暖效應(yīng)增加。在南半球可能對中緯度氣流和亞熱帶降水模式產(chǎn)生影響，但此處模擬的顯著性小于10%，需要更長時間的運行來證實。
圖3 地磁場變?nèi)鹾吞柣顒訕O小期對全球化學(xué)（氣候）的影響（Cooper et al., 2021）
雖然與拉尚漂移期間地磁倒轉(zhuǎn)相關(guān)的直接影響只持續(xù)了800年，但許多上述同步變化持續(xù)了數(shù)千年。該研究認(rèn)為，可能是隨著地球的軌道結(jié)構(gòu)趨向完全冰期狀態(tài)，全球海洋環(huán)流受到限制，氣候系統(tǒng)可能對拉尚漂移前后相對較短但十分極端的驅(qū)動變化十分敏感。比如，在39至37 ka，北美勞倫冰蓋的某些部分可能已經(jīng)擴(kuò)大了1000公里以上，但在42 ka，北美勞倫冰蓋的局部最小范圍開始迅速擴(kuò)大。而它的擴(kuò)大使得整個太平洋的大氣環(huán)流重組。這種半球尺度對突然驅(qū)動的反應(yīng)與由Pillar Rock研究揭示的南半球中緯度西風(fēng)的同步運動相一致。因此，該研究認(rèn)為中低緯度在42ka左右同時發(fā)生的氣候和環(huán)境影響，與拉尚漂移之前的地磁場減弱是可以對應(yīng)的。
總之，該研究將地磁強(qiáng)度漂移與全球氣候和環(huán)境變化聯(lián)系起來，揭示了地磁場強(qiáng)度變化和宇宙輻射變化的疊加可以影響全球氣候變化，這一發(fā)現(xiàn)為氣候突變的成因提供了新的見解。但地球磁場在歷史時期發(fā)生過很多次倒轉(zhuǎn)與漂移，這些地磁場倒轉(zhuǎn)和漂移事件，特別是超靜磁期結(jié)束后的地磁場倒轉(zhuǎn)，是否會對當(dāng)時的地球環(huán)境產(chǎn)生了影響，仍需要不斷探索?！ ?nbsp;
主要參考文獻(xiàn)
Bonhommet N , J ZaHringer. Paleomagnetism and potassium argon age determinations of the Laschamp geomagnetic polarity event[J]. Earth & Planetary Science Letters, 1969, 6(1):43-46.
Cheng H, Edwards R L, Southon J, et al. Atmospheric 14C/12C changes during the last glacial period from Hulu Cave[J].Science, 2018, 362(6420):1293-1297.
Cooper A, Turney C S M, Palmer J, et al. A global environmental crisis 42,000 years ago[J]. Science, 2021, 371(6531): 811-818.
O’Connor S, Ono R, Clarkson C. Pelagic fishing at 42,000 years before the present and the maritime skills of modern humans[J].Science, 2011, 334(6059): 1117–1121.
Roberts, A P. Geomagnetic excursions: Knowns and unknowns[J].Geophysical Research Letters, 2008, 35(17):L17307.
Wagner G , Livingstone D M , Masarik J , et al. Some results relevant to the discussion of a possible link between cosmic rays and the Earth’s climate[J].Geophysical Research Letters, 2001, 106: 3381–3387.
拉尚漂移（Laschamps Excursion）是發(fā)生在大約42-41 ka的一次相對較短時間（<1000年）的地磁漂移事件，1969年首次在法國奧弗涅區(qū)的拉尚熔巖流的古地磁研究中發(fā)現(xiàn) （Bonhommet and Zahringer, 1969），隨后在全球多地火山碎屑與沉積物中報道，是研究地磁場極性變化影響的最好時期之一。雖然對格陵蘭冰芯的研究未能揭示拉尚漂移對高緯度古氣候的影響（Wanger, 2001），但拉尚漂移時期，大洋洲和安第斯山脈出現(xiàn)了局部冰川最大值，大氣環(huán)流模式也發(fā)生了變化，澳大利亞發(fā)生了整個大陸的干旱化和巨型動物的滅絕。此外，該時期到達(dá)地球大氣層的太陽和宇宙輻射水平顯著增加，大氣電離作用增強(qiáng)，臭氧水平減弱。這些環(huán)境變化的時間大致與拉尚漂移的時間一致，但由于對拉尚漂移發(fā)生的準(zhǔn)確時間以及持續(xù)時間未能給出精確限定，先前研究尚不能確定這些環(huán)境變化與拉尚漂移事件之間是否存在因果聯(lián)系。
近日，南澳大利亞博物館的Alan Cooper等人針對拉尚漂移開展了年代學(xué)以及與環(huán)境變化的關(guān)聯(lián)性研究。利用新西蘭生長于42 ka前具有1700年年輪的貝殼杉（Kauri Tree）古樹中記錄的14C變化信息，結(jié)合氣候模型模擬結(jié)果，將地磁場倒轉(zhuǎn)與大規(guī)模的環(huán)境變化聯(lián)系起來，認(rèn)為在42-41 ka之間，地磁極發(fā)生了短暫的倒轉(zhuǎn)，并引發(fā)地球一系列的環(huán)境危機(jī)，并可能對當(dāng)時澳大利亞的大型哺乳動物的滅絕，尼安德特人從歐洲的消失與智人占據(jù)統(tǒng)治地位，歐洲和亞洲開始出現(xiàn)洞穴壁畫等產(chǎn)生了影響。
由于地磁場保護(hù)著地球免受來自外太空宇宙射線的輻射，當(dāng)?shù)卮艌鰷p弱時，進(jìn)入大氣層的宇宙射線變多，更多的14C由此產(chǎn)生，沉降的14C會被樹木吸收并保留，因此14C的變化可以反映當(dāng)時地磁場的變化。通過對四棵古樹化石橫截面進(jìn)行14C同位素分析，并結(jié)合古樹的年輪數(shù)據(jù)獲得了一份能夠精確測定年代、連續(xù)1700年變化的大氣放射性14C記錄。將其與中國葫蘆洞的14C曲線（Cheng, 2018）對照，得到了貝殼衫-葫蘆洞14C變化曲線（圖1）。
圖1 拉尚漂移期間的大氣放射性碳濃度變化以及與關(guān)鍵環(huán)境數(shù)據(jù)的比較（Cooper et al., 2021）
該曲線揭示，地磁場最顯著的減弱并非發(fā)生在地磁極倒轉(zhuǎn)期間，而是在發(fā)生地磁極倒轉(zhuǎn)之前約500年中，即大約42.3-41.6 ka前。在此期間，磁場強(qiáng)度減小到現(xiàn)今地磁場強(qiáng)度的0-6%，而在磁極倒轉(zhuǎn)期間，地磁場的強(qiáng)度約為現(xiàn)今的28%，這一現(xiàn)象作者稱之為“亞當(dāng)斯地磁場過渡事件”。亞當(dāng)斯地磁場過渡事件時期同時與太陽活動的極小期（Grand Solar minima）對應(yīng)。
采用貝殼衫-葫蘆洞14C變化曲線對多個42 ka附近的氣候環(huán)境事件進(jìn)行重新標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)這些氣候環(huán)境變化均與亞當(dāng)斯地磁場過渡事件時間一致。例如，奧克蘭群島Pillar Rock地區(qū)沉積記錄揭示的南半球中緯度西風(fēng)帶向兩極的傾斜發(fā)生在42.23±0.2 ka；西太平洋赤道附近蘇拉威西島托烏蒂湖沉積記錄顯示ITCZ的偏移發(fā)生在42.35±0.2 ka（圖2）。這些氣候變化均與拉尚漂移之前地磁場強(qiáng)度最小的地磁場過渡階段年齡一致。同時，該階段太平洋周圍發(fā)生的重大環(huán)境變化還導(dǎo)致了安第斯山脈中南部局部冰川的擴(kuò)張，澳大利亞巨型動物滅絕的高峰期（~42.1 ka），澳大利亞東北部林奇火山口大量燃燒的植物痕跡（41.91±0.4 ka），澳大利亞內(nèi)陸湖的消失等。其他比較顯著的影響還有尼安德特人從歐洲消失，智人占據(jù)統(tǒng)治地位，歐洲和亞洲開始出現(xiàn)大量洞穴壁畫等。因此，拉尚漂移時期地磁場強(qiáng)度顯著減弱可能是氣候和環(huán)境一系列劇變的原因。
圖2 42 ka亞當(dāng)斯事件的氣候和環(huán)境變化（Cooper et al., 2021）
該研究同時建立了全球化學(xué)氣候模型（SOCOL-MPIOM），使用現(xiàn)代地磁場偶極矩（M）和平均太陽調(diào)制勢（f）的現(xiàn)代值對拉尚漂移前的全球環(huán)境條件進(jìn)行了一系列模擬，包括拉尚漂移時期減弱的地磁場對應(yīng)的兩種強(qiáng)弱的太陽活動狀態(tài)。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)卮艌鰷p弱（對應(yīng)拉尚漂移時期）與太陽調(diào)制強(qiáng)度減小時（對應(yīng)太陽極小期），大氣電離作用大大增加，導(dǎo)致氫氧和氮氧化物（HOx和NOx）的大量生成，降低了平流層的O3混合比（~5%），增加了對流層的O3混合比（~5%），整個大氣的臭氧水平也隨之改變（圖3）。這些改變會對中高緯度地區(qū)的氣候產(chǎn)生影響，在北半球，臭氧濃度降低改變了赤道到兩極的溫度梯度，減弱了北極的極地渦旋，導(dǎo)致極地平流層的暖效應(yīng)增加。在南半球可能對中緯度氣流和亞熱帶降水模式產(chǎn)生影響，但此處模擬的顯著性小于10%，需要更長時間的運行來證實。
圖3 地磁場變?nèi)鹾吞柣顒訕O小期對全球化學(xué)（氣候）的影響（Cooper et al., 2021）
雖然與拉尚漂移期間地磁倒轉(zhuǎn)相關(guān)的直接影響只持續(xù)了800年，但許多上述同步變化持續(xù)了數(shù)千年。該研究認(rèn)為，可能是隨著地球的軌道結(jié)構(gòu)趨向完全冰期狀態(tài)，全球海洋環(huán)流受到限制，氣候系統(tǒng)可能對拉尚漂移前后相對較短但十分極端的驅(qū)動變化十分敏感。比如，在39至37 ka，北美勞倫冰蓋的某些部分可能已經(jīng)擴(kuò)大了1000公里以上，但在42 ka，北美勞倫冰蓋的局部最小范圍開始迅速擴(kuò)大。而它的擴(kuò)大使得整個太平洋的大氣環(huán)流重組。這種半球尺度對突然驅(qū)動的反應(yīng)與由Pillar Rock研究揭示的南半球中緯度西風(fēng)的同步運動相一致。因此，該研究認(rèn)為中低緯度在42ka左右同時發(fā)生的氣候和環(huán)境影響，與拉尚漂移之前的地磁場減弱是可以對應(yīng)的。
總之，該研究將地磁強(qiáng)度漂移與全球氣候和環(huán)境變化聯(lián)系起來，揭示了地磁場強(qiáng)度變化和宇宙輻射變化的疊加可以影響全球氣候變化，這一發(fā)現(xiàn)為氣候突變的成因提供了新的見解。但地球磁場在歷史時期發(fā)生過很多次倒轉(zhuǎn)與漂移，這些地磁場倒轉(zhuǎn)和漂移事件，特別是超靜磁期結(jié)束后的地磁場倒轉(zhuǎn)，是否會對當(dāng)時的地球環(huán)境產(chǎn)生了影響，仍需要不斷探索?！ ?nbsp;
主要參考文獻(xiàn)
Bonhommet N , J ZaHringer. Paleomagnetism and potassium argon age determinations of the Laschamp geomagnetic polarity event[J]. Earth & Planetary Science Letters, 1969, 6(1):43-46.
Cheng H, Edwards R L, Southon J, et al. Atmospheric 14C/12C changes during the last glacial period from Hulu Cave[J].Science, 2018, 362(6420):1293-1297.
Cooper A, Turney C S M, Palmer J, et al. A global environmental crisis 42,000 years ago[J]. Science, 2021, 371(6531): 811-818.
O’Connor S, Ono R, Clarkson C. Pelagic fishing at 42,000 years before the present and the maritime skills of modern humans[J].Science, 2011, 334(6059): 1117–1121.
Roberts, A P. Geomagnetic excursions: Knowns and unknowns[J].Geophysical Research Letters, 2008, 35(17):L17307.
Wagner G , Livingstone D M , Masarik J , et al. Some results relevant to the discussion of a possible link between cosmic rays and the Earth’s climate[J].Geophysical Research Letters, 2001, 106: 3381–3387.