引言：
“社稷有累卵之危，生靈有倒懸之急。”倒懸之急，常被用于形容處境極為艱難，出自戰國·孟軻《孟子·公孫丑上》：“當今之時(shí)，萬(wàn)乘之國，行仁政，民之悅之，如解倒懸也”。正反、南北、左右這些自然法則已經(jīng)構建了地球生靈賴(lài)以生存的安全屋，他們不僅為自然進(jìn)化、萬(wàn)物生長(cháng)與生靈繁衍規定了自然法則，還固定了我們文明更替中東升與西落、南北與方圓的定義。當一些自然的規則被打破，人們難免恐慌。
自19世紀初探險家首次精確定位以來(lái)，磁北極一直在向北爬行——超過(guò)600英里(1100公里)。事實(shí)上，它現在移動(dòng)得更快了，科學(xué)家估計，北極每年向北移動(dòng)約40英里，而非20世紀初的每年10英里。我們需要接受一個(gè)事實(shí)，地球的南北極正在發(fā)生改變，也許直到有一天迎來(lái)地磁的反轉。乍一聽(tīng)，造物主仿佛真的要把地球生物“倒懸”，然而這會(huì )是人類(lèi)文明頭上新的達摩克斯之劍嗎？
磁極路徑，1831年后為直接觀(guān)測的數據，1831之前為古地磁數據重建
01什么是地球磁場(chǎng)？
地磁場(chǎng)，產(chǎn)生于是地球內部的天然磁性現象。地球的正常磁場(chǎng)約占地球磁極的99%，類(lèi)似于一個(gè)磁偶極（magnetic dipole）：其中一極在北極附近，另一極在南極附近。與經(jīng)典的條形磁鐵或冰箱上的裝飾性磁鐵不同，控制地球磁場(chǎng)的物質(zhì)是四處移動(dòng)的，故而又產(chǎn)生了剩余的1%——外源磁場(chǎng)和磁異常。在地球誕生之初就存在地磁與地磁力。
地球磁場(chǎng)示意圖
但地球磁場(chǎng)從何而來(lái)？這一懸而未決的問(wèn)題，困擾著(zhù)理論物理學(xué)者的研究，也動(dòng)搖著(zhù)地球物理學(xué)的地基大廈。為了回答這一問(wèn)題，科學(xué)家們先后提出了永磁體學(xué)說(shuō)、內部電流學(xué)說(shuō)、電荷旋轉學(xué)說(shuō)等等，最終被廣泛接受的是電磁感應學(xué)說(shuō)又稱(chēng)發(fā)電機學(xué)說(shuō)。
天文學(xué)家Larmor 通過(guò)對太陽(yáng)的觀(guān)測提出：“內部循環(huán)運動(dòng)有可能以自激發(fā)電機的循環(huán)方式起作用，并以?xún)炔垦h(huán)的一些能量為代價(jià)，保持磁場(chǎng)永久持續?！?這一觀(guān)點(diǎn)后來(lái)被利用于地磁場(chǎng)的研究，并開(kāi)始逐漸發(fā)展為發(fā)電機理論：地球可通過(guò)其外核區域內液態(tài)鐵的流動(dòng)，將地磁場(chǎng)不斷的放大直至如今的狀態(tài)。而要維持住這樣的地磁場(chǎng)，其能量的來(lái)源是內核與地幔的溫度差所導致的熱對流。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，地磁是因為地球的固體鐵芯被熱的液態(tài)金屬組成的流體海洋所包裹而形成的——液態(tài)鐵在地核的流動(dòng)中產(chǎn)生電流，進(jìn)而產(chǎn)生磁場(chǎng)。發(fā)電機學(xué)說(shuō)（又稱(chēng)磁流體發(fā)電機學(xué)說(shuō)）在觀(guān)測、實(shí)驗和理論研究上相對于其他的學(xué)說(shuō)都得到了較多的證實(shí)，成為目前地球物理學(xué)比較認可的觀(guān)點(diǎn)。
磁場(chǎng)產(chǎn)生示意圖
02地磁反轉是規律，而非例外
近些年的觀(guān)測發(fā)現地球上存在著(zhù)部分磁場(chǎng)異常區，科學(xué)界普遍認為這是地球磁場(chǎng)發(fā)生重大偏移甚至翻轉的前兆。地球區域內磁場(chǎng)強度在不斷的減弱，并且衰減速度近十年來(lái)快速增長(cháng)，比如南大西洋地磁異常區每年的衰減速度是其他異常區的十倍之多。同時(shí)其他地磁異常區本身的面積也有擴大的趨勢。一時(shí)之間，地磁反轉的恐慌引發(fā)全球關(guān)注，甚至許多世界末日論者認為地磁的“異?！弊兓赡軐е碌厍驓?。
其實(shí)與我們日常生活中的感知相反，地磁翻轉是規律而非例外?？茖W(xué)家估計，在過(guò)去的30億年里，至少發(fā)生過(guò)數百次逆轉。如果你生活在大約80萬(wàn)年前，手里拿著(zhù)指南針，面向我們所說(shuō)的北方，指針就會(huì )指向“南方”。在過(guò)去的2000萬(wàn)年里，地球進(jìn)入了大約每20萬(wàn)到30萬(wàn)年一次磁極反轉的模式。在漫長(cháng)的地質(zhì)歷史里，變化才是永恒的。
距離人類(lèi)最近的一次長(cháng)時(shí)間地磁場(chǎng)反轉是“布容尼斯-松山倒轉”，發(fā)生在78萬(wàn)年前；地磁場(chǎng)兩極反轉持續了大概2萬(wàn)年。不過(guò)，并非所有的地磁場(chǎng)反轉都會(huì )持續上萬(wàn)年，有時(shí)地磁場(chǎng)會(huì )在短時(shí)間發(fā)生兩次反轉，地質(zhì)學(xué)上稱(chēng)為“地磁漂移”。比如4.1萬(wàn)年前的Laschamps地磁反轉，整個(gè)過(guò)程只持續了1000年，其中兩極反轉的時(shí)間僅持續了250年。我們通過(guò)地磁變化的數據不難看出：磁極倒轉在地質(zhì)時(shí)間尺度上是一種常見(jiàn)的現象，但在這在人的壽命尺度內實(shí)際上是比較難以遇到的；同時(shí)，地磁反轉是一個(gè)發(fā)生在數百年或數千年里的緩慢過(guò)程，并不是一次性的徹底的翻轉，因而也是在一定程度上可以預測的。如果說(shuō)地磁翻轉有何影響？現在看起來(lái)，磁羅盤(pán)制造商會(huì )比較期待這一新的商機的到來(lái)。但是不能否認的是，我們人類(lèi)仍對地球知之甚少，我們不得不防范一些風(fēng)險出現，哪怕他的概率很小。
03地磁翻轉的影響
對人類(lèi)最重要的地球資源是什么？很多人第一反應是水或者氧氣，很少有人提及地磁，但其實(shí)地磁的作用遠超出公眾的想象。由于太陽(yáng)風(fēng)中含有大量的高能帶電粒子，因此會(huì )受到磁場(chǎng)的影響而繞開(kāi)地球，如果地球磁場(chǎng)消失，那么高能帶電粒子會(huì )進(jìn)入大氣層，這會(huì )給地球生物帶來(lái)毀滅性的打擊。地磁場(chǎng)不僅如護盾一般保護著(zhù)人類(lèi)的生存與發(fā)展，它還是眾多現代科學(xué)技術(shù)的基石。隨著(zhù)指南針傳入西方世界，地磁場(chǎng)便為人類(lèi)的航海事業(yè)提供了無(wú)比重要的幫助，同時(shí)也促進(jìn)了眾多科技的發(fā)展——地磁場(chǎng)的相對穩定性也是其成為信息交流的載體的重要原因。
關(guān)心磁場(chǎng)的原因很簡(jiǎn)單：保護著(zhù)我們
出于對地磁場(chǎng)的關(guān)心，一些謹慎的科學(xué)家開(kāi)始提醒大家關(guān)注地磁翻轉的危害。阿德萊德大學(xué)的Cooper(2) 等人對新西蘭沼澤貝殼杉樹(shù)的放射性碳記錄與地磁極性轉換前后的磁場(chǎng)強度進(jìn)行相關(guān)性分析，并使用超級計算機模擬了大約41000年前Laschamps地磁逆轉的后果。他們發(fā)現，地磁場(chǎng)減弱影響大氣層對太陽(yáng)光的吸收，導致氣候巨變，使得當時(shí)地球氣溫降低，最終導致澳大利亞多種大型哺乳動(dòng)物滅絕，如長(cháng)毛猛犸象、巨型袋熊等。這一研究證實(shí)了地磁場(chǎng)反轉曾推動(dòng)物種滅絕，很多人擔心相同的悲劇會(huì )發(fā)生在人類(lèi)身上。同時(shí)，Alanna Mitchell在她的著(zhù)作《The Spinning Magnet》中也警告到：“the force that created the world, and could bring about its end”。如果地磁場(chǎng)位置與強度的穩定性不復存在，那么等待地球的是一個(gè)沒(méi)有電網(wǎng)和電子通信的未來(lái)。這對現代社會(huì )來(lái)說(shuō)將是如同“世界末日”般的打擊。
42000年前的人類(lèi)在洞穴壁畫(huà)中留下了越來(lái)越多的紅赭石手印，赭石被是一種古老的防曬霜，這被認為是紫外線(xiàn)增強的證據，從而與地磁場(chǎng)減弱導致臭氧減弱相互印證。
如果地磁反轉發(fā)生，確實(shí)會(huì )帶來(lái)生態(tài)災難，這點(diǎn)其實(shí)無(wú)需論證。但問(wèn)題在于地磁翻轉是否發(fā)生？何時(shí)發(fā)生？會(huì )在人類(lèi)文明的尺度內發(fā)生嗎？
結語(yǔ)：
人類(lèi)社會(huì )確實(shí)面臨著(zhù)“倒懸”，但遠沒(méi)有達到“急”的程度。人始終要面對確定發(fā)生的困境，而非挑戰虛無(wú)縹緲的對手。目前的觀(guān)測技術(shù)和預測手段其實(shí)并不能證實(shí)地磁翻轉即將發(fā)生的緊迫性，我們腦補的危機感也許只會(huì )發(fā)生在科幻小說(shuō)里。與其焦慮地磁反轉可能帶來(lái)的世界末日，不如減少精神內耗，找到觀(guān)測地磁變化的新方法。
過(guò)度焦慮未來(lái)會(huì )變得悲觀(guān)！
參考文獻
1. J. Larmor, in A Source Book in Astronomy and Astrophysics, 1900–1975, R. L. Kenneth, G. Owen, Eds. (Harvard University Press, Cambridge, MA and London, England, 1979), pp. 106-107.
2. A. Cooper et al., A global environmental crisis 42,000 years ago. Science 371, 811-818 (2021).
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