新模型揭示地磁场变化速率比预计的快10倍
新浪科技讯北京时间7月15日消息，在近期的新研究中，科学家通过模拟显示了10万年以来地磁场的动态变化，揭示地球磁场改变方向的速度要比原先预计的快得多。
地磁场源自于地球内部，延伸至太空，就像一个保护罩一样，使地球的大气层保持在适当的位置，并保护生命免受宇宙辐射和太阳风的伤害。不过，地磁场平均每几十万年就会发生一次地磁逆转，即磁北极和磁南极突然(在地质时间尺度上)互换位置。上一次发生这种情况大约是在78万年前，称为布容尼斯-松山逆转。在之前的研究中，科学家估计这个过程需要数千年，以每年约1度的速度改变。
在这项新研究中，研究人员指出，地磁场的这种方向变化可能比以往认为的快10倍，并且比最近观测到的变化快将近100倍。
当太阳抛射的日冕物质撞击地球磁场时，就会产生壮丽的极光。这是在冰岛上空拍摄的极光景象当太阳抛射的日冕物质撞击地球磁场时，就会产生壮丽的极光。这是在冰岛上空拍摄的极光景象
在地球表面下约2800公里处，地核的液态外核在不断流动，为无形的地磁场提供了动力。翻滚的导电岩浆产生了电荷，而这些电荷决定了磁极的位置，并形成了无形的磁力线。这些磁力线包裹着地球，连接着南北磁极。
地核和磁场之间的相互作用十分复杂。外核中的熔融铁、镍的对流导致某些地方极具磁性，而另一些地方则磁性较弱。英国利兹大学地球与环境学院副教授、该研究的主要作者克里斯托弗·戴维斯表示，地球表面的磁场强度会随着时间而变化，也会因地核的不同位置而改变。在熔融的地核中，“流体扭曲并拉伸磁场，而磁场反过来推动了流体，抵抗这种扭曲”。
“这种流体是很动荡的，简单来说，就像一锅沸水里的水流一样，”戴维斯说，“因此在地核内部，流体和磁场之间的相互作用是不同的。”换句话说，当液态外核“沸腾”时，这种运动在地核不同部分导致磁力的起伏，从而决定了这些区域如何影响磁层。
非逆转时期地球磁场的计算机模拟图像。线条代表磁场线：从地核伸出时为黄色，回入地核时为蓝色非逆转时期地球磁场的计算机模拟图像。线条代表磁场线：从地核伸出时为黄色，回入地核时为蓝色
对今天的科学家来说，这些相互作用中的某些变化是可见的，比如高纬度地区的强磁场区域;向东或向西漂移的磁场特征;以及在非洲和南美洲之间的一个长期存在的磁场弱区，即南大西洋异常区。
早在几个世纪以前，水手们就在航海日志中记录了这一区域的磁场变化;近几十年来，卫星和天文台都捕捉到了这种变化。据此前的报道，近年来的观测表明，在过去的160年里，地球磁场的强度实际已经减弱，这表明地球可能会更早地经历地磁逆转。
不过，戴维斯指出，追踪遥远过去的磁场变化要比想象的更具有挑战性。“我们知道磁极会发生倒转，但在数千年到数百万年的时间里，磁场究竟是如何变化的，仍然有很多信息等待发现，”戴维斯说，“在我们的研究中，我们提出了这样一个问题：磁场在这些时间尺度上改变方向的速度能有多快?”
追踪流向
为了回答这个问题，戴维斯和该研究的合著者凯瑟琳·康斯特布尔建立了一种新的磁场模型。该模型使用了过去10万年间的大量磁场观测数据。戴维斯表示，磁场变化可以体现在海洋沉积物、冷却的熔岩流，甚至是人造结构和文物中。
“然而，像所有基于地球表面观测的模型一样，这个模型也只能向我们展示地核顶部的磁场;我们不能‘看到’地核内部，”戴维斯补充道，“因此，我们将这些结果与计算机模拟的磁场产生的物理过程结合起来。”归根结底，磁场的产生源自地核的运动。
戴维斯和康斯特布尔发现，在磁场变弱的地区，磁场方向每年的改变可达10度。这一变化速率比之前模型预测的结果快了10倍，比目前观测到的变化速率快100倍。
模拟结果表明，当地核熔融区域的方向逆转时，磁场方向将发生剧烈变化。这种地核逆转在赤道附近更为常见，与研究人员在低纬度地区观察到的磁场方向快速变化相吻合。研究人员在论文中写道，这项关于低纬度地区磁场变化最快的新证据表明，未来科学家应该把注意力放在这些区域。
康斯特布尔说：“对这些模拟过程中不断变化的动力学进行更深入的研究，将为我们提供有用的策略，以记录这种快速变化如何发生，并了解这种变化是否也会出现在像我们今天这样的磁极稳定时期。”该研究的结果在线发表在7月6日的《自然-通讯》杂志上。(任天)
相关文章
-
10亿年前月球"内部发动机"停止，致其磁场逐渐消失
伴随着天体大撞击熔岩逐渐冷却，其内部微小颗粒与月球磁场重新排列，成为当时磁场强度和方向的快照。,研究人员称，10亿年前月球磁场已下降至0.1微特斯拉，大约是现在地球磁场500倍，这表明驱动月球磁场的“发动机”——由月核结晶物质驱动，已停止运行。,当月球内核完全脱离外壳逐渐结晶形成，驱动磁场的“内部发动机”就停止工作，尽管目前科学家仍不清楚该过程是突然发生，还是在月球磁场消失前忽隐忽现。
2024-03-22 08:32 -
地球磁场的起源之谜，变得更复杂了
|图片来源：ScienceAdvances地球磁场被视为是地球之所以能成为一个宜居星球的重要原因。,随后，研究人员对这三颗锆石颗粒进行了详细的实验检测，以确定它们可能含有何种磁性物质。,其实自2015年以来，这场关于锆石的辩论就一直在古地磁学中激烈进行。
2024-03-22 08:14 -
“磁力刀”抑制肿瘤生长研究取得进展
来源：中科院之声近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员王辉、张欣，利用磁溶剂热法合成出海胆状镍纳米粒子(UNNPs)，实现旋转磁场诱导下的肿瘤细胞凋亡以及肿瘤生长抑制。,因其具有深层肿瘤治疗以及远距离操纵等优势，磁机械癌症疗法受到该领域的持续关注。,目前，不同类型的MNPs已被应用于磁机械诱导的癌症治疗，但这些MNPs存在表面光滑和磁性较弱等缺点，难以在磁机械癌症治疗方面取得更大进
2024-03-22 07:32 -
科学好故事 | 遍布宇宙的无形磁场
今年4月，宇宙学家卡尔斯顿·让达齐克(KarstenJedamzik)和列翁·波戈相(LevonPogosian)在线发表了一篇论文，目前正在接受评审。,尽管如此，在这么多年来对哈勃冲突的讨论中，几乎没有人考虑过磁场因素，这似乎有些奇怪。,当伽玛射线在太空中传播时，它们有时会与远古的微波发生碰撞，变成电子和正电子。
2024-03-22 07:30 -
量子磁力仪测量磁场矢量最终理论精度极限找到
来源：科技日报记者7月14日从中国科大获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、项国勇研究组与合作者合作，在量子磁力仪同时测量磁场矢量三个分量的平行纠缠方案中，找到了平衡不同参数测量精度间的最小制衡方法，首次给出同时测量磁场矢量三分量的最终理论精度极限。,相比于之前量子磁力仪集中研究测量单个磁场分量，该研究回答了磁场矢量三个分量同时测量的最终精度极限，并且发现了不同磁场分量精度制衡的底层物理是源自于量子探针
2024-03-22 07:28