欧航局警告地球磁北极移动速度惊人：全球变暖导致地磁变化

                       杨学祥，杨冬红（吉林大学）

       关键提示：今年1月，英国《自然》周刊上的一篇文章指出，近年来，地球磁北极正在快速移动。欧洲航天局日前发布的一份报告再次就此发出警告。磁北极的快速移动令国际科学界大为惊讶。

      近百年来的全球变暖是地磁减弱的主要原因，伴随全球气候进入温暖期，地球磁场的极性反转不可避免，类似中生代的全球气候温暖期和地磁正相期正在缓慢而有序地到来，期间将有目前地磁反向时期中频繁发生的地磁正相事件：反向事件发生意味着气候变冷，正相事件发生意味着气候变暖。 

      2013年，日本研究人员发现，地球磁场强度发生变动与极地冰盖增减导致地球自转速度出现变化有关。这一研究成果显示，地球磁场会受到气候变化的长期影响。

    事实上，我们在2011年就发现了这一规律：计算模型表明，赤道和低纬度海水变为极地冰盖，将减少地球岩石圈转动惯量，使地球的地壳和地幔相对地核自转变快；反之，两极冰盖变为赤道和低纬度海水，将增大地球岩石圈转动惯量，使地球的地壳和地幔相对地核自转变慢。由此得出结论，全球变暖将减弱地球磁场，是地球灾害频发的原因。

    我们在在1996年发表的文章中，称这种减弱地球自转的作用为冰水转换的车阀作用。

    由于极地冰盖融化的不均匀性，地磁极的漂移不可避免。

2013年，来自日本的一项研究也印证了这个观点。日本海洋研究开发机构的研究小组发现，冰盖大小出现变化后，地球自转速度就会受到影响。为了调查地球自转速度变化与地球磁场变化的关系，研究小组利用计算机模型推算发现，地球磁场强度会随地球自转速度的变化而变化。即使自转速度只有2%的变化，磁场强度的变化会达到20%至30%。

这一研究成果显示，地球磁场会受到气候变化的长期影响。研究人员认为，由于全球气候在变暖，冰盖正在不断减少，虽然规模还相当小，但是地球的自转速度和磁场强度有可能相应出现变化。

参考文献

杨冬红, 杨学祥.2011. 灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质,30(3): 474~480.

Yang D H, Yang X X. 2011. Relationship of frequent disasters withgeomagnetic weakening (in Chinese). Global Geology, 30(3): 474~480

杨学祥, 安玉萍. 离极力、向极力与大陆车阀假说.  地壳形变与地震.  1996,16(2):78-84.

相关报道

欧航局警告：地球磁北极移动速度惊人

2019年05月22日 10:13 参考消息网

　　参考消息网5月20日报道 西媒称，今年1月，英国《自然》周刊上的一篇文章指出，近年来，地球磁北极正在快速移动。欧洲航天局日前发布的一份报告再次就此发出警告。磁北极的快速移动令国际科学界大为惊讶。

　　据西班牙《先锋报》网站5月15日报道，科学观测活动显示，地球磁北极正在以每年50至60公里的速度向西伯利亚方向移动。而且所有迹象似乎都预示着，在地球深层地质条件的作用下，这种移动在未来几十年内将持续下去。

　　报道称，这可不是简单的地质学趣闻，磁北极的移动会对很多设备和人类活动造成影响，包括航海导航、我们智能手机的多个功能，以及其他依赖地理定位功能的信息化设备。

　　欧洲航天局的报告指出：“我们知道，地球磁北极一直在移动，但近来，这种移动获得了新的推动力，并以前所未有的更快速度向西伯利亚方向滑动。”科学家们认为，这种快速移动是地表以下深层位置形成的“磁泡”引发的。

　　欧洲航天局称，与位于固定位置的地理北极不同，磁北极一直处于徘徊状态。人类于1831年首次测定了地球磁北极，后来的观测研究活动显示，它逐渐从加拿大北极地区向西伯利亚移动。

　　这一移动带来的实际影响之一就是，“世界地磁模型”必须依据磁北极的最新位置定期进行更新。对于船只使用的导航系统、地图（例如谷歌现在使用的地图）和内置地理定位系统的移动设备，“世界地磁模型”都具有重要的技术意义。

　　欧洲航天局旨在研究地球磁场变化规律的Swarm科研卫星项目，为解释地球磁北极为何加速移动提供了重要参考数据。欧洲航天局已对Swarm项目获得的地球磁场数据进行了更新。

http://tech.sina.com.cn/d/s/2019-05-22/doc-ihvhiqay0474039.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=27&r=0&rfunc=65&tj=none&tr=12

全球变暖导致地球磁场减弱

已有 1755 次阅读 2014-7-15 22:15  

                       全球变暖导致地球磁场减弱

                            杨学祥，杨冬红

2011年，我们发表的科研论文指出，地磁减弱的原因在于两极冰盖融化导致地壳和地幔转动惯量增加自转变慢，由此引发核幔差异旋转在数值和方向上的改变。在磁场减弱和磁极反向过程中，太阳辐射的增强和核幔热能的释放与灾害有一一对应关系。

地球历史表明，强地磁场对应地球的寒冷气候，如第四纪冰期；弱地磁场对应高温气候，如中生代的温暖期。地磁场减弱也是全球变暖的原因之一：地磁场减弱导致更多太阳能量进入地球。

2013年，来自日本的一项研究也印证了这个观点。日本海洋研究开发机构的研究小组发现，冰盖大小出现变化后，地球自转速度就会受到影响。为了调查地球自转速度变化与地球磁场变化的关系，研究小组利用计算机模型推算发现，地球磁场强度会随地球自转速度的变化而变化。即使自转速度只有2%的变化，磁场强度的变化会达到20%至30%。

这一研究成果显示，地球磁场会受到气候变化的长期影响。研究人员认为，由于全球气候在变暖，冰盖正在不断减少，虽然规模还相当小，但是地球的自转速度和磁场强度有可能相应出现变化。

我们最早在1995年发现了第四纪亚冰期与地磁反向之间的对应关系：第四纪冰期的5个亚冰期与地磁反向期有很好的对应关系。伏尔姆亚冰期（2-12万年）中的两次峰值与布容正向期中的Lashamp（2万年前后）和Xzone（10.8-11.4万年内）两次反向事件相对应。里士亚冰期（25-38万年）与Vzone反向事件（33-35万年）相对应。滚兹-明德尔间冰期（80-92万年）与松山反向期的Jaramillo正向事件（87-93万年）对应。亚冰期与地磁反向事件或地磁反向一一对应（见表1）。

表1  第四纪亚冰期与地磁反向的对应关系

由于冰盖规模的不同，冰盖消长产生地壳和地幔转动惯量减少的规模也不同。大冰期和温暖期的转变一定会发生地磁极性反转，冰期和间冰期只能影响地磁变化，是否翻转不确定。如果全球变暖速度加快，两极冰盖完全融化，完全结束第四纪大冰期，进入温暖期，地磁翻转就成为必然；如果全球变暖规模小于75万年前，就不会形成地磁翻转。15-17世纪小冰期过后，近几百年来的全球变暖是地磁减弱的主要原因。

根据目前的一些资料来看，第四纪冰期处于地磁反向，现在仍处于这一状态，改变这一状态的因素就是全球变暖。近百年的全球变暖导致的冰盖融化使地壳和地幔的转动惯量加大，自转变慢，液核的转动在相对加快，此时环形电流与地幔的速度差减少，磁场强度变小，当最终一致并“超越”地幔转速的时候，地磁就会反转。

气候变化能够影响地球自转速度发生变化。间冰期向冰期的转换使赤道200-300m厚的海水层变为两极冰盖或山地冰川，地表的大量物质转移也会改变地球的转动惯量，引起地球自转速度变化。计算表明，两极冰盖形成后，地壳和地幔的日长减少1.4-2.8 s，这使冰期时的地球自转速度有增加趋势。这是冰川集中在两极与地球自转变快对应的原因。全球变暖导致与此相反方向的变化。

古地磁记录表明，在前寒武纪末至中寒武世的寒冷期，地磁场以负极性（地磁反向）为主，在中寒武世至中泥盆世温暖期，地磁场以正极性（地磁正向）为主，在中泥盆世至二叠纪末寒冷期，地磁场以负极性为主；在二叠纪末至白垩纪末温暖期，地磁场以正极性为主；在白垩纪末至今，地磁场以负极性为主。

20世纪初，米兰柯维奇提出第四纪冰期成因的天文假说，冰期的周期与2万年的地球近日点进动周期、四万年的黄赤交角变化周期、10万年的地球公转轨道偏心率变化周期相关，古气候资料证实了气候变化和轨道变化的关系^[16]，地磁场强度亦有明显的2、4、10万年变化周期^[20]。这表明，天文条件、冷暖变化、构造活动与地磁变化相关。

主要参考文献

杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。

杨冬红, 杨学祥.灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质,2011, 30(3): 474~480

杨学祥, 陈殿友,寇艳春. 地应力地磁场与地震.  东北地震研究.  1995,  11(2):23-30.

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-811973.html 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1112334.html 

地磁异常和气候变化

2013年，日本研究人员发现，地球磁场强度发生变动与极地冰盖增减导致地球自转速度出现变化有关。这一研究成果显示，地球磁场会受到气候变化的长期影响。

杨学祥则认为，作为“地球之盾”，地球磁场本身异常是引起气候、地质等变化的重要因素。

“地磁强弱等变化是极端气候屡屡发生的影响因素之一。地球磁场保护地球大气和地表生物不受太阳风的袭击，地球磁场强度减弱或消失，地球大气将被太阳风刮走，地表生物将面临类似历史上出现过的大灭绝。”杨学祥指出，计算机模型的计算结果表明，如果两磁极的强度继续减弱，则来自太阳的粒子流便可能使高达40%的地球高纬度臭氧被破坏，每次的破坏时间将长达数月至一年之久，这也为南北极海冰融化提供了合理的解释。

杨学祥认为，如果地磁反转真的发生，在期间产生一个地磁强度为零的时期，则地球有可能由于失去地磁的保护，发生新一轮的生物演进。“但零磁场与生物演进确切的关系是怎样的，目前证据并不充分，任何一个实验室都无法完成如此巨大规模的模拟实验。”

不过，薛炳森认为，太阳风等空间天气中强带电粒子，主要对太空的卫星造成不利影响，对地球上的生物影响有限。即便地球磁场真的发生崩塌或反转，厚厚的大气层下，太阳风的带电粒子产生的弱磁场对人类影响也有限，“比如在南极和北极，地磁场对地球的保护几乎为零，太阳风直接冲击地球大气层，也只会产生极光景象。”（原标题《地球磁极真的要颠倒？》）

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-780208.html

http://tech.ifeng.com/discovery/detail_2014_03/28/35231283_0.shtml

大冰期与地磁反转的关系

古地磁记录表明，在前寒武纪末至中寒武世的寒冷期，地磁场以负极性为主，在中寒武世至中泥盆世温暖期，地磁场以正极性为主，在中泥盆世之二叠纪末寒冷期，地磁场以负极性为主；在二叠纪末至白垩纪末温暖期，地磁场以正极性为主；在白垩纪末至今，地磁场以负极性为主。地磁反向大周期和气候变化大周期有很好的对应关系。

根据地质和气象等综合数据，表1给出地球自转周期、地质旋回、气候变化和地磁变化的对应规律，与地球自转变化曲线和火山活动变化曲线相对应。特别值得指出的是，地壳相对地核自转减慢对应地磁反向，地壳相对地核自转加快对应地磁正向，这一现象的发现为地球各圈层差异旋转影响地磁反向提供了证据。

表1  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转[1, 2, 16, 21]

Table 1  Earth’s rotation periods, geological cyclesand geomagnetic polarity reverse [1, 2, 16, 21]

第四纪冰期与地磁反向事件的对应关系

近年来全球强震频发，林中斌认为发生这一系列灾难的根本原因是由于地磁引起的。二千年以来全球磁场持续减弱，而最近150多年地磁强度下降了10%~15％。南大西洋出现地磁异常区，其磁场减弱达35％，地球磁极弱化，处于“磁极翻转”的雏形阶段，这可能是地球发生许多灾变和异常现象的深层原因。

地球的主磁场会周期性地逆转方向。这种极性颠倒在地球的历史上间隔不规律地发生过几百次，最近一次大约在78万年前。美国科学家通过研究古代火山岩发现，浅核磁场（shallow core field）可能影响主磁场是否发生逆转及其方式，当主磁场削弱时，它就变得极为重要。证据表明，目前正在接近这样的过渡状态，因为地球主磁场处于相对较弱，且正在快速减弱的阶段。

20世纪初，米兰柯维奇提出第四纪冰期成因的天文假说，冰期的周期与2万年的地球近日点进动周期、四万年的黄赤交角变化周期、10万年的地球公转轨道偏心率变化周期相关，古气候资料证实了气候变化和轨道变化的关系[12]，地磁场强度亦有明显的2、4、10万年变化周期[14]。这表明，天文条件、冷暖变化与地磁变化相关。

第四纪冰期的5个亚冰期与地磁反向期有很好的对应关系。伏尔姆亚冰期（2-12万年）中的两次峰值与布容正向期中的Lashamp（2万年前后）和Xzone（10.8-11.4万年内）两次反向事件相对应。里士亚冰期（25-38万年）与Vzone反向事件（33-35万年）相对应。滚兹-明德尔间冰期（80-93万年）与松山反向期的Jaramillo正向事件（87-93万年）对应。亚冰期与地磁反向事件或地磁反向一一对应。

由于冰盖规模的不同，冰盖消长产生地壳和地幔转动惯量减少的规模也不同。大冰期和温暖期的转变一定会发生地磁极性反转，冰期和间冰期只能影响地磁变化，是否翻转不确定。如果全球变暖速度加快，两极冰盖完全融化，完全结束第四纪大冰期，进入温暖期，地磁翻转就成为必然；如果形成较大规模的全球变暖，但未结束第四纪冰期，也能形成地磁翻转；如果全球变暖规模小于75万年那一次，就不会形成地磁翻转。15-17世纪小冰期过后，近几百年来的全球变暖是地磁减弱的主要原因。

根据目前的一些资料来看，第四纪冰期处于地磁反向，现在仍处于这一状态，改变这一状态的因素就是全球变暖。近百年的全球变暖导致的冰盖融化使地壳和地幔的转动惯量加大，自转变慢，液核的转动在相对加快，此时环形电流与地幔的速度差减少，磁场强度变小，当最终一致并“超越”地幔转速的时候，地磁就会反转。

地磁变化还与外核旋转热涡流密切相关，根据人造卫星过去20年录得的磁场变化数据，发现在地下深层产生地球引力的熔流，在接近南北极位置出现巨大旋涡，并以加强磁场逆转的方向转动，因而削弱现有磁场，可能会导致两极易位。磁场衰减是翻转过程中的一种现象，目前有些地区地磁场的强度确实有下降的趋势[1]。全球变暖可能是地磁减弱的主要原因。

地磁场对大气层有保护作用。在地磁极性转换时期，地磁强度变弱甚至完全消失，轰击地表的宇宙射线增强，太阳风中的高能粒子直射地表，破坏大气层和臭氧层，造成大量气体逃离大气层。臭氧层和电离层吸收太阳紫外线、X射线和γ射线，同时也吸收太阳辐射能的9%。这是地磁减弱、臭氧含量降低、地表增温和生物灭绝一一对应的原因。有证据表明，地磁减弱时期就是火山活动强烈时期，并发生相应的生物灭绝事件。

近来频繁发生的地震加强了人们对地震产生原因的认识，地球内部积聚的能量急剧释放是地震产生的根本原因。当地球各差异旋转的圈层发生角动量交换时，地核和地幔的转动速度差异缩小，电流场环绕减慢，磁场强度变小，动能也变小。由能量守恒原理，减少的动能转化为等量的热能，热能积累在地核与地幔的边界造成热膨胀，热膨胀使地核、地幔边界的热物质涌动，往地表上升，称为热幔柱，在地壳薄弱的地方喷涌而出，就形成了众所周知的火山爆发和地震活动，同时推动地壳圈层不同区域的构造运动，因此地震火山活动加剧和地磁减弱同时发生。

地球磁场的一个重要功能就是抵御太阳的高能粒子流即太阳风侵袭，如果迅速减弱，太阳的粒子流会更多地进入地球大气层后消耗了两极的臭氧，并与臭氧结合成水，进而破坏极地臭氧层。地磁层的减弱和臭氧层的破坏使更多太阳辐射热量进入地球，增强气候的暖化，而热量首先要集中进入两极地区，北极和南极大陆边缘的海冰因此会大量融化，大洋中的海水增加，当洋壳由于海水增加、压力加大而下降，会压迫洋壳下软流物质向大陆运动，使大陆边缘上升；反之，当洋壳由于海水减少而上升时，大陆下软流物质向洋壳运动，使陆缘下降。整个地球板块就像跷跷板一样，促使地震发生，并使地震带集中在海陆交界的地区。

结论

综上所述，近百年来的全球变暖是地磁减弱的主要原因，伴随全球气候进入温暖期，地球磁场的极性反转不可避免，类似中生代的全球气候温暖期和地磁正相期正在缓慢而有序地到来，期间将有目前地磁反向时期中频繁发生的地磁正相事件：反向事件发生意味着气候变冷，正相事件发生意味着气候变暖。

参考文献

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http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1112334.html 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1158358.html