地球磁场为什么翻转？!

　　在我们脚下，在地球深处，液态铁正在产生我们都认为理所当然的磁场。但是，磁场偶尔会反转或翻转它的极性。曾经是磁性的北方变成了南方，反之亦然。地球磁场为什么翻转？一直是一个持久的谜团。

　　但是最新研究表明，地球的磁场与古代海底的数量之间存在着一种关系，这种关系通过称为俯冲的过程，从地表下降到下面的热韧性地幔。这种关系可以让我们到存在时间段的磁场反转情况，还可以到地幔（地壳和岩心之间的地层）之间的移动速度。因为地幔运动最终产生几乎所有的地震、火山和山脉。地幔的热也可能是地球主要的物种灭绝的原因。如果我们能够理解地幔的运行，我们可以更好地洞察影响我们物种的长时间的地质现象。

　　板块构造是一个科学理论，地球的“岩石圈”被分成七个大板块和许多较小的板块。板块是由洋中扩张中心的火山作用形成的，例如大西洋中裂谷。一旦到达地表，新的岩石圈就会远离扩散中心并在数百万年后冷却。随着时间的推移，它变得越来越密集，最终岩石圈在俯冲带下沉回到热的地幔中，例如安第斯山脉以西的地幔。

　　此时，板块从地球表面消失。但是地震学家们声称岩石圈较冷的“板块”可以在它们从地表消失后的3亿年内在地幔深处被识别出来。岩石圈的板块向下下降了数千公里，在此过程中取代了大量的固体地幔，并在更密集的液态铁外核上方形成了“板块墓地”。这意味着岩石圈的板块下降了多达1,800英里，它们可能会影响底层岩心中铁液的运动。但是，对于板块下沉到足以影响核心所需的时间量存在强烈的分歧。估计数从大约5000万年到2.5亿年不等。

　　地球的磁场已经持续了数十亿年，尽管它的极性翻转了很多次。因为磁场在地球表面形成的许多岩石中留下了化石磁化，所以我们有一个“古磁记录”，记录了地球磁场随时间的变化。我们也知道这些逆转发生的速率有很大的变化。在过去的百万年中，它们的速度比前1亿年快。为什么极性变化的速率是如此的变化，这仍然是一个巨大的谜团。

　　当冷俯冲板块到达下地幔时，它们会增加核心冷却速度，从而加速其中液态铁的运动。根据数值模型，这种额外的运动应该导致逆转率也增加。因此，当表面发生的俯冲时，磁场反转率可能会增加？如果是这样，那么我们期望测量俯冲与逆转率变化之间的时间延迟，因为板块在影响核心之前必须下沉很长一段路。我们的研究旨在测量板块在粘性固体地幔中下沉的速度。

　　为此，我们研究了“俯冲通量”（进入地幔的冷板面积）和地磁极性反转率（翻转发生频率）的记录。俯冲通量数据覆盖了过去4.1亿年来的板块构造的全球模型。逆转率数据新的汇编，回溯到5亿年。我们还使用了锆石颗粒年龄的全球汇编（一种出现在俯冲板块以上的火成岩中的矿物），这也可能随着俯冲通量的变化而变化。

　　当我们对俯冲通量，磁反转率数据和锆石年龄频率进行统计分析时，我们发现了与“表面到核心”时间延迟约1.2亿年显著相关性。因此，地球的磁场很可能受到这些岩石圈下沉的影响。

　　相关性并不完美，即使它不一定意味着因果关系，因为可能存在许多潜在的混淆因素。但这是一个令人鼓舞的结果，因为它符合我们对深地球如何运作的期望，并给我们一个时间延迟，位于先前估计的中间。它还做出了一个独特的预测，即由于俯冲通量在过去的1.2亿年中有所下降，预计在未来1.2亿年内逆转率将会减少。

　　现在的挑战是找出地幔实际移动的速度。如果我们能够理解导致地震、火山和山脉的原始而深刻的过程，我们就能更好地影响我们日常生活的地质现象。

　　该研究由利物普大学古地磁教授安得烈·约翰·毕金（AndrewJohnBiggin）和兰开斯特大学兰开斯特环境中心研究员马克·豪士罗（MarkHounslow）发表于TheConersation（谈话）。