气候变化影响地球磁场：中国发现日本证实

         杨学祥，杨冬红

新华网东京2013年９月１３日电（记者蓝建中　报道员甘璐）日本研究人员最新研究发现，地球磁场强度发生变动是由于极地冰盖增减导致地球自转速度出现变化造成的。这将有助于研究气候变化与地球磁场变化之间的关系。

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我们在2011年提出了浅核磁场的成因：

地球表面的质量大规模迁移会改变地壳和地幔的转动惯量，导致地壳和地幔相对液核（即外核）旋转速度的改变，使液核表面的环形电流相对地壳和地幔旋转的方向发生改变，从而能改变地磁场的极性。

地球在大冰川期有200 m厚的海水层变为两极冰盖，地壳和地幔转动惯量变小，旋转速度变快，这时地幔和地壳的自转角速度不断增大，于是出现了地幔自转角速度大于环形电流自转角速度的情形。以地壳为不动基准，液核表面的环形电流就是反转（即液核自转慢，地壳和地幔自转快），那么磁场极性也相应反转，形成的地磁北极在地理北极附近，磁南极在地理南极附近，称之为地磁反向期，这就是说，大冰期对应地磁反向。在地球的温暖期，两极冰盖融化导致海水流向赤道，地壳和地幔转动惯量增大，自转变慢，液核的转速又会相对地幔自转加速，环形电流也逐渐加快，重新恢复到地磁正向期。地幔与地核间的相对转动速度的变化，引发地球磁场磁极发生反转。

目前处于地磁反向时期，大冰期造成的地壳和地幔比外核旋转变快的阶段持续，海平面在冰后期只上升了130 m，地磁没有发生倒转。这是目前外核西向漂移速度比地幔快的原因。当南极冰盖融化后，海平面继续上升70 m（前后共200 m），地壳和地幔比外核旋转速度变慢的时期才可能发生地磁倒转现象。这表明，并不是所有冰期和间冰期的转换都会导致地磁倒转，海平面升降小于200 m的冰期和间冰期的转换，不能引发地磁倒转，计算结果符合第四纪冰期的实况。

根据这一模型，全球变暖使两极冰盖继续融化，减慢地壳和地慢的旋转速度，减少核幔的速度差，导致目前的地磁减弱。15-17世纪小冰期后，近百年来的全球变暖和地磁减弱一一对应。大陆地壳的重心高于海洋地壳，所以，大陆在赤道和两极之间的漂移也能导致地壳的转动惯量变化，产生圈层的差异旋转。计算表明，大陆从两极漂移到赤道，转动惯量增加4.3×10³⁹ g·cm²，可使厚度为100 km的岩石圈自转速度变慢，日长增加7.86 s^[24]。这是亚洲大陆向南离极运动时相对南半球岩石圈向西偏移的原因。

大陆集中在两极，是冰川的策源地，有利于冰期的形成；大陆分散在赤道，变成火炉，有利于温暖期的形成。这是冰期与地球自转变快对应的另一个原因（见表1）。

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^[19]。

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。

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。大陆集中在两极，是冰川的策源地，有利于冰期的形成；大陆分散在赤道，变成火炉，有利于温暖期的形成。这是冰川集中在两极与地球自转变快对应的原因^{[20 21]}。

冰川发生在两极大陆，使地球转动惯量变小；冰川发生在中低纬度高山，使地球转动惯量变大。目前大陆集中在北极附近，石炭-二叠纪大陆集中在南极附近，由此而发生的大冰期使地球自转加快；奥陶-志留纪和中生代的大陆分裂在赤道附近^{[1, 16]}，此时若发生大冰期，将使地球自转速度减慢。从图1中可以看到，4.37亿年前的奥陶-志留纪的远银心点附近本来应该是地球自转速度变化的峰值，由于发生了奥陶-志留纪大冰期，所以在高峰曲线上叠加了一个地球自转速度的谷值。这是气候影响地球自转的证据。

计算表明，大陆从两极漂移到赤道，转动惯量增加，可使厚度为100 km的岩石圈自转速度变慢，日长增加7.86s。这是大陆向极漂移与地球自转变快对应的原因^{[20, 21]}。大陆向北极集中的效应在第三纪的地球自转速度变化中有非常突出的表现，在图1中地球自转速度在早第三纪有一次急剧的加速，在晚第三纪有一次缓慢地加速。大陆向北极集中使地球转动惯量变小，可能是地球自转加速的一个原因。

表1 对地球自转速度减慢原因的综合分析

地质时期        奥陶-志留纪         石炭-二叠纪      侏罗-白垩纪       第三纪-第四纪

重力分异                          使地壳自转变慢                     使地壳自转变慢

圈层角动量交换  使地壳自转加快                     使地壳自转变快

两极冰盖                          使地壳自转变快                     使地壳自转变快

低纬度山地冰川  使地壳自转减慢

大陆集中两极                      使地壳自转变快                     使地壳自转变快

大陆分散赤道    使地壳自转变慢                     使地壳自转变慢

潮汐摩擦       最强加大自转减慢  减弱维持自转减慢  次强加大自转减慢  更弱使自转减慢变弱

潮汐形变       最大减慢地球自转  较小加快地球自转  较大减慢地球自转  更小加快地球自转

速度综合结果    高峰曲线中低谷     低谷             高峰              降到低谷中有两次峰值

注：日月潮汐作用在万有引力常数极大值时增强，在万有引力常数极小值时减弱，伴随地球和月球距离的不断加大，有不断减弱的总趋势.

地球自转速度变化是多种因素综合作用的结果，表1给出多种因素综合对比的分析，地球自转速度周期变化的增减趋势非常明显。

三年前的警告：全球变暖时期对应地磁正向期或地磁反向减弱期，全球变冷对应地磁反向期或地磁正向减弱期。目前处于地磁反向期，全球变暖与地磁场减弱对应，这表明，核幔边界正在积聚和释放能量，灾害频发的趋势值得关注。全球变暖导致目前的地磁减弱甚至反向。

参考文献

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

Yang D H,Yang X X. Relationship of frequent disasters with geomagnetic weakening (inChinese). Global Geology, 2011, 30(3):474~480

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。

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·                    http://www.gxtv.cn　　2013-09-13 15:32:15　　广西电视网　　我要发表评论(0)

新华网东京９月１３日电（记者蓝建中　报道员甘璐）日本研究人员最新研究发现，地球磁场强度发生变动是由于极地冰盖增减导致地球自转速度出现变化造成的。这将有助于研究气候变化与地球磁场变化之间的关系。

地球磁场不仅能避免对生物来说有害的宇宙射线和太阳风，还能防止大气的散逸。科学界早已认识到，地球磁场是不断变化的，不仅强度不恒定，磁极也会发生变化。最近的一次磁极逆转发生在约７０万年前。通过调查海底沉积物，也发现了地球磁场强度曾出现大幅变动的证据，不过与气候变化之间存在怎样的关联并不清楚。

地球以数万年为一个周期，反复出现高纬度地区被冰盖覆盖的冰川期和冰川衰退、比较温暖的间冰期。

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。

来源：新华网

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