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地球磁场在使地球适宜居住上起着关键作用,因为如果没有它,地球表面将受到来自太空的辐射轰击。地球磁场由外核的铁水围绕着固体内核旋转而产生,它从表面延伸到大气中、将入射的带电粒子导向南北磁极。

但它并不像看起来那么静态。地质记录表明,它在过去曾多次翻转,因此南北磁极实际上交换了位置。这种逆转似乎每隔几十万年左右就会发生一次。

似乎有迹象表明新一轮的逆转即将来临。自19世纪以来,磁场一直在显著减弱,北极目前的移动速度比以往任何时候都要快。然而最近的研究表明,根据历史数据显示,在经历了过去类似的衰减后,该区域已经恢复到全面强度,所以我们并不会向逆转迈进。

为了进行这项新研究,威斯康辛大学麦迪逊分校、加州大学圣克鲁兹分校和熊本大学的研究人员研究了最近一次地磁反转前后的动荡时期。研究人员从智利、塔希提岛、夏威夷、加勒比海和加那利群岛的7个熔岩流中收集了岩石样本并使用磁力读数和放射性同位素测年法对它们进行了研究。这使得他们能够拼凑出大约7万年时间里的磁场,其中心点则是最后一次地磁反转。

该研究的首席研究员Brad Singer表示,熔岩流是理想的磁场记录器,它们含有很多含铁矿物质,当冷却时它们会锁定磁场方向,不过由于其记录参差不齐,也没有没有火山在持续喷发,所以他们通过仔细的实地调查来确定下正确的记录。

而熔岩流数据则得到了来自其他两个来源的数据的支持:分别是来自海底的磁读数和来自南极冰芯的数据。

通过所有这些数据,研究小组发现,逆转本身花了不到4000年的时间,跟平均水平相比,这一过程相对较快。但这还不是全部--在此之前,其长期处于不稳定状态并且持续时间长达18000年。在这段时间里,磁场在逆转之前部分倒转过两次。

总体来说,整个逆转过程花费了大约22000年,这一数字远高于此前估计的数字--最多需要9000年。

相关研究报告已发表在《Science Advances》上。

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