长期以来，地球磁场的变化速度一直是个谜。 Andrey副总裁/ Shutterstock
在我们的脚下3,000公里以下的液态铁心中产生的地球磁场对于地球生命至关重要。 它延伸到太空，用电磁毯包裹我们，该毯子屏蔽了大气和卫星免受太阳辐射。
但是磁场是 不断变化 在力量和方向上都取得了很大的进步，并且过去发生了一些戏剧性的变化。 这包括 磁极的神秘反转，南极变成北极，反之亦然。
一个长期存在的问题是该领域的变化速度有多快。 我们的新研究 发表在Nature Communications，已经找到了一些答案。
磁场的快速变化非常令人感兴趣，因为它们代表了液芯中铁水海洋的最极端行为。 通过将观察到的变化与核心过程联系起来，我们可以了解有关地球上其他地区无法访问的重要信息。
从历史上看，地球磁场变化最快的是 与逆转相关，每百万年不定期地发生几次。 但是，我们发现字段更改比与实际冲销相关的任何数据都快得多且更新得多。
磁性反转。 美国航空航天局。
如今，卫星辅以导航记录和地面观测站，协助监测时空变化。 这些信息表明，现代领域的变化相当艰巨，每年大约十分之一度。 但是，尽管我们知道该领域已经存在 至少3.5亿年，我们对其400年前的行为了解不多。
为了追踪这片古老的田野，科学家分析了沉积物，熔岩流和人工制品所记录的磁性。 这是因为这些材料包含微观的磁性颗粒，这些颗粒记录了它们冷却（熔岩）或添加到大陆（沉积物）时的磁场特征。 在大约800,000万年前的最后一次极性反转期间，来自意大利中部的泥沙记录 建议相对快速的领域变化 每年达到一度
但是，这样的测量极具挑战性，结果 仍在辩论中。 例如，沉积物获取磁性的过程存在不确定性。
改进的测量
我们的研究采用基于场生成过程物理原理的计算机模型，采用了不同的方法。 基于对沉积物，熔岩和人工制品的测量结果的汇总，此方法与最近发布的最近十万年来地球磁场全球变化的重构相结合。
这表明，地球磁场方向的变化达到每年高达十度的速率，这是目前报告的最快变化的十倍。
观测到的最快的地磁场方向变化发生在39,000年前。 这种变化与中美洲西海岸附近的一个狭窄区域的局部弱磁场有关。 该活动紧随全球拉尚旅行” –大约41,000年前地球磁场的“失败逆转”，其中磁极在返回之前短暂地远离了地理极。
最快的变化似乎与磁场的局部减弱有关。 我们的模型表明，这是由于强磁场斑块在液芯表面上的运动引起的。 这些斑块在低纬度地区更为普遍，这表明未来对方向快速变化的探索应集中在这些地区。
社会的影响
磁场的变化（例如反转）可能不会对生命构成威胁。 人类确实设法度过了戏剧性的拉尚之旅。 今天，威胁主要归结于我们对电子基础设施的依赖。 磁场和入射太阳辐射之间的相互作用引起的太空天气事件，例如地磁风暴，可能会破坏卫星通信，GPS和电网。
这令人不安–由于太空天气事件，美国电网崩溃的经济成本 估计在 大约一万亿美元 该威胁严重到足以使太空天气以 高度优先 在英国国家风险登记册上。
太空天气事件往往在磁场弱的地区更为普遍-我们知道，当磁场快速变化时，可能会发生这种情况。 不幸的是，计算机模拟表明在磁场强度开始减弱之后会出现方向变化，这意味着我们无法仅通过监视磁场方向来预测磁场强度的下降。 将来使用更高级的模拟进行的工作可以为该问题提供更多的启示。
磁场正在发生另一快速变化吗？ 这很难回答。 最快的变化也是最罕见的事件：例如，围绕Laschamp偏移确定的变化比过去100,000年中发生的任何其他变化快两倍以上。
这使科学家很难预测迅速的变化-它们是“黑天鹅事件”，令人惊讶并产生巨大影响。 一种可能的前进途径是使用基于物理的模型，将油田的行为作为预报的一部分。
关于地球磁场的“速度极限”，我们还有很多要学习的知识。 极性反转期间尚未直接观察到快速变化，但是应该预料到这些变化，因为人们认为在这些时候磁场会变得整体较弱。
关于作者
克里斯托弗·戴维斯（Christopher Davies），副教授， 利兹大学
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