内核迁移：地磁场减弱和南北极海冰变化的关系

                              杨学祥，杨冬红

凤凰科技讯北京时间2014年6月24日消息，科学日报报道，欧洲空间局(ESA)的三颗SWARM卫星产生的第一批高分辨率结果揭示了地球磁场的近期变化。过去6个月进行的测量证实了地球磁场正在逐渐减弱的趋势，且西半球的减弱程度最为剧烈。而其它地区，例如南印度洋，磁场自1月起有所增强。最新的测量也证实了磁场朝北西伯利亚地区的移动。

图1 地球磁场正在逐渐减弱（红色阴影部分代表磁场增强地区，蓝色则显示了在过去6个月磁场减弱的地区）。

http://tech.ifeng.com/discovery/geography/detail_2014_06/24/36982839_0.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-836910.html

据我们研究，地球磁场的快速变化与南北极海冰快速变化有关。

北极海冰覆盖面积自20世纪就开始记录，上世纪60年代，北极冬季海冰覆盖面积为1400万-1600万平方公里，夏季末海冰覆盖面积为700万-900万平方公里，此后北极海冰面积持续下降。海冰最低覆盖面积出现在2005年、2007年、2008年和2010年的9月份，最低记录是2007年428万平方公里，这一最低记录于2012年再次被打破。2012年11月，世界气象组织在多哈举行的联合国气候大会上发布报告称，从2012年3月至9月间，北极海冰消失了1183万平方公里，比整个美国还要大。因此，北极周围海冰面积“创下了历史新低”。

http://www.infzm.com/content/92271

2012年秋季，北极海冰的面积与体积均降至历史最低点。但根据位于美国科罗拉多州的美国国家冰雪数据中心（NSIDC）2013年3月25日公布的卫星图像显示，最近一段时间，北极海冰的面积又逼近这一最低点，随时可能“打破纪录”。“北极海冰正在迅速融化，目前的面积甚至不足30年前的两成，导致北极变暖。”美国罗格斯大学沿海和海洋科学研究所的专家詹妮弗·弗朗西斯说，这正是全球气候变暖的“症状”，并令北极地区的冷空气南下②。

http://world.people.com.cn/n/2013/0327/c157278-20937944.html

美国科学家近日宣布，北极海冰已达到2014年最低纪录，根据9月17日的卫星记录，北极总海冰覆盖区域为502万平方公里，比2012年的记录值高一点，但依旧在长期平均值以下。整体来看，这是自1979年通过卫星详细记录北极海冰覆盖面积以来的第六最低值。位于美国科罗拉多州的国家冰雪数据中心担心，由于风向的改变，这个数字可能会继续降低，报告详细内容有望在10月上旬公布。

http://scitech.people.com.cn/n/2014/0925/c1007-25731239.html

据美国宇航局（NASA）美国国家冰雪数据中心（NSIDC）的数据显示，目前南极海冰覆盖的范围已经达到自1979年开始的长期卫星记录以来前所未有的程度。

图2 2014年9月19日南极海冰面积

图3 格林兰冰盖和南极西部冰盖融化导致的全球海平面变化

根据最新的理论预测，如果格陵兰冰盖完全消失，格林兰冰盖融化可导致其附近海平面将下降100m，北苏格兰的海平面将下降3m，冰岛周围海平面将下降10m，欧洲大多数海岸的海平面上升，它们远远小于全球平均7m的水平。但是，所有的冰融水都会流向各地，所以，世界距冰盖更远的地方，海平面的上升一定会高于全球的平均水平。南美部分地区海平面将上升10m（见图3）（Stephen, 2013）。图3 中的箭头是本文作者添加的，表示流体在压力变化条件下的流动方向。

比较图1和图3，可以发现两者异常变化区域有惊人的相似之处，可能起源与同一变化机制。

最新观测发现，对海平面升高而言，格陵兰岛和南极冰盖融化、其他冰川的融化和海水受热膨胀各贡献约三分之一。利用卫星遥感数据结合现场考察，研究全球陆地冰融化情况。结果发现，2003年至2009年间，除格陵兰岛和南极冰盖外的陆地冰川每年向海洋倾注约2600亿吨融水，导致海平面平均每年升高超过0.7毫米。这一数字与格陵兰岛和南极的冰盖融化对海平面升高的合计影响“相当”。在陆地冰中，对海平面升高影响较大的是加拿大北极地区、阿拉斯加、格陵兰岛沿海地区、安第斯山脉南部及喜马拉雅山脉的冰川。南极冰盖融化对全球海平面的上升没有起到很大作用（Alex et al，2013）。这一成果支持南北两极冰盖交替融化的理论模型。

Morner最早发现了全新世大地水准面升降运动旋回、古地磁旋回和大气¹⁴C含量旋回之间的相关性，并指出它们都起源于地核-地幔的变化，建立了海平面变化的重力模式（Morner, 1980）。

杨学祥发现，相对冰盖融化后地球的等位面变化，处于液体外核中的固体内核也会快速地南北移动，它不仅影响海平面和大气等位面的变化，而且影响外核绕内核旋转的方向，引起地磁的相应变动。这在均衡模式和重力模式之间建立了桥梁。

计算表明，在末次冰期北极部分冰盖融化后，地球内核向南极移动2.1 km，引起北极海平面下降1.54m、南极海面升高1.54m和相应的地磁波动。其后的均衡运动会引起方向相反的变化（杨学祥，1992b）。

地球不同状态圈层的变化速度比较表明，在冰盖融化之后，海平面的变化响应最快，内核移动的速度其次，地壳的均衡响应最慢。由此形成不同圈层对冰盖融化的不同均衡周期、地磁变化周期和相应的气候变化周期。

极地冰盖的消长形成地表巨大的物质转移，导致地球内部和外部重力场的重大改变，海平面变化、大气等位面变化和内核在流体外核中的迁移是其必然结果，其中，流体产生的应变最快、塑性体次之，固体最慢，由此导致相关过程具有不同的变化周期。格林兰冰盖现在的体积为2.38×10⁶km³，末次冰期后冰盖融化量为50.72×10⁶km³（杨学祥，1992b）。

根据比例计算，格陵兰冰盖融化，内核南移100m，北极海平面下降规模会增加7厘米。变化数值虽小，造成的地磁扰动不可忽视。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（杨冬红等, 2011）。

欧洲空间局(ESA)的三颗SWARM卫星产生的第一批高分辨率结果揭示的地球磁场的近期变化提供了最新证据。 

发表文献

杨冬红, 杨学祥.北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.

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