地球磁场正在减弱：全球变暖两极冰盖融化的必然结果

                            杨学祥，杨冬红

   北京时间6月24日消息，据英国《每日邮报》报道，一项研究显示，保护地球的一层保护罩正在减弱，从而让有害的太阳风粒子可以侵入地球大气层。

这一保护层便是地球的磁层，它从地球表面向外延伸至数千公里的地方，有效阻挡有害宇宙射线的侵袭，并对我们生活的方方面面——从全球通讯到天气模式构成影响。

http://tech.sina.com.cn/d/s/2015-06-24/doc-ifxefurt9711710.shtml

“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。

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

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。

http://news.gxtv.cn/201309/news_1169381151.html

http://news.gxtv.cn/201310/news_1181573321.html

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。

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。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-767371.html 

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

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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2015年06月24日07:49   新浪科技

　　欧空局的SWARM卫星极化旨在对地球磁层的变化开展探测。在轨运行一年之后，项目得到了初步结果。图像显示的是根据SWARM项目数据构建的地壳（底部）和地核（中心）的磁场模型

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　　新浪科技讯  北京时间6月24日消息，据英国《每日邮报》报道，一项研究显示，保护地球的一层保护罩正在减弱，从而让有害的太阳风粒子可以侵入地球大气层。 

　　这一保护层便是地球的磁层，它从地球表面向外延伸至数千公里的地方，有效阻挡有害宇宙射线的侵袭，并对我们生活的方方面面——从全球通讯到天气模式构成影响。

　　欧洲空间局（ESA）执行的“SWARM”项目旨在对地球磁层发生的变化进行监测。在轨运行一年之后，该项目收集的数据正让我们得以一窥这一地球保护层正在发生的细微变化。

   SWARM项目数据的初步分析结果将在6月22日~7月2日在捷克布拉格召开的国际大地测量学与地球物理学联合会大会上正式对外发布。鲁尼·弗莱博哈根（RuneFloberghagen）是SWARM项目主管，他表示：“这些结果显示，所有为了使SWARM成为有史以来最好的天基磁层监测项目而付出的努力都得到了回报。”

   SWARM项目的主要任务是测量并分析来自地核，地幔，地壳，海洋，电离层以及磁层所产生的不同磁信号。该计划预计将持续4年时间，将可以提供不同层面的自然过程，从地球深层内部到太阳活动与空间天气的各类观测信息，目前该项目还剩余3年的在轨运行时间。整个项目一共包括3颗完全相同的卫星，但为了改善项目的空间与时间分辨率，它们各自的轨道存在差异，并且还会在任务期间进行变轨。

   SWARM是首个利用“磁力梯度”开展探测的项目，其做法是将两颗卫星并排放置在相距仅100公里的轨道上协同运行。这样做将能够对源自地壳内磁性岩石产生的磁信号细节进行观测。

　　来自丹麦“DTU 航天”的尼尔斯·奥尔森（Nils Olsen）表示：“我们对于该项目得到的初步结果感到非常满意。这不仅是因为该项目验证了磁力梯度概念的可行性，它们还证明了我们的卫星在磁场信号测量方面具备的高度精确性。”

   SWARM卫星星座也让科学家们能够更加容易地对由地核产生的地球主磁场开展观测，这一强大的磁场保护着我们，阻挡有害的宇宙射线侵入地球大气层。SWARM项目主要提出人之一的高瑟·霍罗特（Gauthier Hulot）表示：“我们地球的磁场主要是由地球的外核所产生的。” 

　　他说：“SWARM项目的探测结果对地球磁场的细节进行了监测并发现它正在减弱，这将削弱我们拥有的保护层。最终，我们将有能力对地球磁场未来十年内的变化做出预测。”（晨风）

http://tech.sina.com.cn/d/s/2015-06-24/doc-ifxefurt9711710.shtml