[打听，讨论，资料] 地磁极性倒转与古地磁场

地磁极性倒转： geomagnetic reversal

古地磁场： paleomagnetic field

地磁场长期变化： geomagnetic secular variation/

一、目前的主流观点

   地磁场南北极互相转换的现象。简称地磁倒转。

   但每隔10～100万年，地磁场便会发生一次完全的极性倒转，周期不固定，随后又进入一个极性反向的稳定期。综合分析世界各地、各地质年代样品的磁化数据，可以制作出一份表示地磁极性的年表。年表中，距离现在最近的一次地磁倒转发生在78万年前，称为布容—松山倒转，并称最近的78万年为布容正向期，地磁倒转前为松山反向期（2.59～0.78百万年），更早的则有高斯正向期（3.59～2.59百万年）和吉尔伯特反向期（5.35～3.59百万年）等。

   且对地磁场按照与长期变化周期相似的几千年的周期进行平均时，近2000万年以来的地磁场与地心轴向偶极子模型相似。

   在地质历史时期，地磁场有时在超过1千万年时期里没有发生倒转，被称为极性超时（或超静磁期）。例如，在距今83～120百万年出现白垩纪正极性超时（CNS），又称白垩纪超静磁期；在距今260～310百万年出现过石炭-二叠负极性超时（KRC），又称Kiaman超静磁期。

   利用长期的地磁资料进行频谱分析，以及考古地磁学的研究，表明地磁场的长期变化可能具有22年、50～70年、120年、180年、500～600年、1000年和7000～8000年等周期。

二、一些相关图片资料

图1  The geomagnetic polarity timescale for the last 160 My. Numbers indicate the marine magnetic anomalies.  最近160百万年的地磁极性时间尺度。数字表示海洋磁异常。

https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-90-481-8702-7_116/figures/746

https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-90-481-8702-7_116

图2  (A) Geologic time scale and magnetic polarity reversals for reference. Vertical gray shaded bar in figure shows approximate time of Atlantic Ocean opening and period of enhanced continental arc activity. (B) Changes in tropical sea surface temperatures (T) estimated from the marine oxygen isotopic record (Veizer et al., 2000), along with the estimated range of atmospheric pCO₂ since the Cretaceous (Royer et al., 2004). (C) Frequency of occurrence and area of large igneous provinces (LIPs) (Ernst and Buchan, 2001; Kidder and Worsley, 2010). Width corresponds to duration and height corresponds to area. (D) Seawater Sr and C isotopic composition inferred from carbonates (Prokoph et al., 2008). Values represent averages over 10 m.y. intervals (error bars are 1 standard deviation) (data from Prokoph et al., 2008). Cont.—continental. (E) Seawater Mg/Ca (molar ratio) (Lowenstein et al., 2001). (F) Marine fauna (Ridgwell and Zeebe, 2005). 

（A） 地质时间尺度和磁极反转供参考。图中垂直的灰色阴影条显示了大西洋开放的大致时间和大陆弧活动增强的时期。（B） 根据海洋氧同位素记录（Veizer et al.，2000）估计的热带海面温度（T）的变化，以及白垩纪以来大气pCO2的估计范围（Royer et al.，2004）。（C） 大型火成岩省（LIP）的发生频率和面积（Ernst和Buchan，2001；Kidder和Worsley，2010年）。宽度对应于持续时间，高度对应于面积。（D） 从碳酸盐推断的海水Sr和C同位素组成（Prokoph等人，2008）。数值代表10 m.y.区间的平均值（误差条为1个标准偏差）（数据来自Prokoph等人，2008年）。续——大陆。（E）海水Mg/Ca（摩尔比）（Lowenstein等人，2001）。（F） 海洋动物群（Ridgwell和Zeebe，2005年）。

https://gsw.silverchair-cdn.com/gsw/Content_public/Journal/geosphere/9/1/10.1130_GES00822.1/3/21fig1.jpeg?Expires=1700835754&Signature=EI-QPP8HXUQSdCRfNe5lyPFcLd3d7m2KWP8SQHlOfS6DB5T1LdSsOxPlhxxktBBydop5HBFUyZlufFnjwujiWpsPILdz2SIslL0E9J~V5JiHR8-QMaHYIPv1ttYTPXsyZUP-Xbar8qkTm~meqstbVMxZWIjQ99FwmCN8bT~2mRodsajNKZ12eP2aUgLIRSc60RnHVif9nK7tz7omrt2sPPyI492h6oE1KjlCpzAdfoUtDAA1tQIXVGYU9Kwz98pCdB~aLxfoEVWQFycu~0AYz9BH-GrjLKv3jAyvRCJ3Nc0zRaJ~V4LrGAzkR4na1mHEjygZzZGbXvqxnQOf0D1plw__&Key-Pair-Id=APKAIE5G5CRDK6RD3PGA

https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geosphere/article/9/1/21/132588/Continental-arc-island-arc-fluctuations-growth-of

图3  

(left) Magnetic polarity model from this study compared with that of Handschumacher et al. [1988] (right). Age is shown on the vertical scale. Black areas in columns represent normal magnetic polarity whereas white areas denote reversed polarity. Two timescales are shown from this study: one was derived from the deep-tow magnetic model, and the other was derived from the deep-tow data upward continued to the sea surface. Note that our anomaly numbers differ by 1 from those in Handschumacher et al. [1988], that is, M30 from their GPTS is M29 in our model. Handschumacher et al. [1988] redefined M29, but others [Lancelot et al., 1990: Nakanishi et al., 1992] recognize their M30 as the original M29 defined by Cande et al. [1978]. The arrows show correlations between timescales. Boundary ages are given in Tables 1 and 2.

（左）本研究的磁极性模型与Handschumacher等人[1988]（右）的比较。年龄以垂直比例显示。列中的黑色区域表示正常的磁极性，而白色区域表示相反的极性。这项研究显示了两个时间尺度：一个来自深拖磁模型，另一个来自向上延伸到海面的深拖数据。请注意，我们的异常数与Handschumacher等人[1988]中的异常数相差1，也就是说，在我们的模型中，他们的GPTS中的M30是M29。Handschumacher等人[1988]重新定义了M29，但其他人[Lancelot等人，1990:Nakanishi等人，1992]承认他们的M30是Cande等人[1978]定义的原始M29。箭头显示时间尺度之间的相关性。表1和表2中给出了边界年龄。

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/97JB03404

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参考资料：

[1] 2023-09-13，地磁极性倒转/geomagnetic reversal/李力刚，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=508307&Type=bkzyb&SubID=76985

   地磁场南北极互相转换的现象。简称地磁倒转。

   但每隔10～100万年，地磁场便会发生一次完全的极性倒转，周期不固定，随后又进入一个极性反向的稳定期。综合分析世界各地、各地质年代样品的磁化数据，可以制作出一份表示地磁极性的年表。年表中，距离现在最近的一次地磁倒转发生在78万年前，称为布容—松山倒转，并称最近的78万年为布容正向期，地磁倒转前为松山反向期（2.59～0.78百万年），更早的则有高斯正向期（3.59～2.59百万年）和吉尔伯特反向期（5.35～3.59百万年）等。

[2] 2022-01-20，古地磁场/paleomagnetic field/孟小红，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=122444&Type=bkzyb&SubID=111737

   且对地磁场按照与长期变化周期相似的几千年的周期进行平均时，近2000万年以来的地磁场与地心轴向偶极子模型相似。

[3] 2023-03-24，古地磁学/paleomagnetism/潘永信，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=508244&Type=bkzyb&SubID=76985

   在地质历史时期，地磁场有时在超过1千万年时期里没有发生倒转，被称为极性超时（或超静磁期）。例如，在距今83～120百万年出现白垩纪正极性超时（CNS），又称白垩纪超静磁期；在距今260～310百万年出现过石炭-二叠负极性超时（KRC），又称Kiaman超静磁期。

[4] 2023-05-29，地磁场/geomagnetic field/祁贵仲，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=580785&Type=bkzyb&SubID=157244

地球变化磁场

   可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化包括以一个太阳日为周期的太阳静日变化（Sq）和以一个太阴日为周期的太阴日变化（L），变化幅度分别为10～10纳特和1～3纳特。场源是分布在电离层中的永久性的电流体系。干扰变化包括磁暴（D）、地磁亚暴、太阳扰日变化（S）和地磁脉动等。

[5] 2023-03-25，地磁场/geomagnetic field/祁贵仲，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=418549&Type=bkzyb&SubID=76999

   地磁轴与地球自转轴并不重合，现在有约11°的夹角（见图）。地磁场强度不大，在最强的两极其强度约为0.65×10-4 特斯拉（Tesla），赤道附近最弱，其强度约为0.25×10-4 特斯拉。地磁场随地点或时间的变化就更小，因此常用纳特（nT），即10-9 特斯拉作为磁场强度单位。

[6] 2023-09-15，地磁场长期变化/geomagnetic secular variation/蒋邦本，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=418536&Type=bkzyb&SubID=77001

   利用长期的地磁资料进行频谱分析，以及考古地磁学的研究，表明地磁场的长期变化可能具有22年、50～70年、120年、180年、500～600年、1000年和7000～8000年等周期。

[7] Carlo Laj. Geomagnetic Field, Polarity Reversals [J]. Encyclopedia of Solid Earth Geophysics: 386-393.   01 January 2014

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[8] Cin-Ty A. Lee, Bing Shen, Benjamin S. Slotnick, Kelley Liao, Gerald R. Dickens, Yusuke Yokoyama; Adrian Lenardic, Rajdeep Dasgupta, Mark Jellinek, Jade Star Lackey, Tapio Schneider, Michael M. Tice. Continental arc–island arc fluctuations, growth of crustal carbonates, and long-term climate change [J]. Geosphere, 2012, 9(1): 21-36.   FEBRUARY 01, 2013

doi:  10.1130/GES00822.1

https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geosphere/article/9/1/21/132588/Continental-arc-island-arc-fluctuations-growth-of

[9] 1William W. Sager, Chester J. Weiss, Maurice A. Tivey, H. Paul Johnson. Geomagnetic polarity reversal model of deep-tow profiles from the Pacific Jurassic Quiet Zone [J]. Journal of Geophysical Research - Solid Earth, 1998, 103(B3): 5269-5286.   10 March 1998

doi:  10.1029/97JB03404

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/97JB03404  

[10] 2023-05-06，地球系统模式/earth system model/李伟平，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=48402&Type=bkzyb&SubID=76747

   地球系统模式可以看成是传统意义上的气候系统模式与生物地球化学过程模式以及固体地球和外层空间（主要指太阳活动）模式的综合体，其基本组成包含5个功能模块：物理气候系统、生物地球化学系统、与人类活动影响相关联的人文（或社会科学）系统、固体地球、与太阳活动有关的空间天气。

   国际上比较先进的地球气候系统模式（比如NCAR CESM）基本包含了分别描述地球系统五大圈层的分量模式：大气（见全球大气环流模式）、海洋（见海洋环流模式）、海冰（见海冰模式）、陆面、生态模块，并由通量耦合器将各个模块耦合在一起，通过数值积分来模拟地球系统各子系统的时间变化及子系统之间物质、能量等的交换过程。其中描述冰冻圈的陆地部分（大陆冰盖、山地冰川）以及陆地生物圈的模块往往与陆面模式嵌套在一起，而海洋生物地球化学循环过程则在海洋模式中考虑。

[11] 2022-01-20，地球系统模式/earth system model/王斌、戴永久，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=131850&Type=bkzyb&SubID=64114

   第一阶段（1950～2000）为基础阶段，即以地球流体为主体，固体部分只考虑陆面过程，模式只能描述系统的动力过程和物理过程，这一阶段的模式通常称物理气候系统模式。

   第二阶段（2000～2020）为中间阶段，即在物理气候系统模式的基础上，考虑大气化学过程和地球生物化学过程（陆面生物、海洋生物），这一阶段的模式通常称地球气候系统模式，国际上也直接称其为地球系统模式，

   第三阶段（2020～ ）为成型阶段，即在地球气候系统模式的基础上，进一步考虑其与固体地球（如地球版块移动及其引发的地形变化、地震、火山爆发等）、空间天气以及人文过程之间的相互作用，

[12] 2023-04-04，多圈层耦合数值模式/multi-sphere coupled numerical model/辛晓歌，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=107240&Type=bkzyb&SubID=76727

[13] 2022-12-23，地内事件/terrestrial event/张立军、龚一鸣，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=390893&Type=bkzyb&SubID=175617

   地内事件包括生物大灭绝、地磁极倒转、海平面升降、火山爆发及其火山灰降落、冰川活动、海水酸化、海洋缺氧、海水富营养化、全球性森林大火和天然气水合物释放等。

[14] 2023-02-04，慢地震/slow earthquake/许忠淮，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=570921&Type=bkzyb&SubID=76951

   与普通有感的或有破坏的构造地震相比，断层滑动慢得多、辐射的地震波频率低得多、且波的振幅很小的地震。

   现代频带很宽（0.001～100赫兹）的设置于地面的和井下的地震观测系统，在多个板块边界带上观测到了慢地震，即断层滑动很慢、但仍有微弱的长周期地震波辐射的地震。慢地震辐射的地震波的周期多为几十秒至上百秒；慢地震辐射的地震波的振幅很小，一般用纳米（nm，1nm=10μ）来衡量。

[15] 2022-12-23，古地震学/paleoseismology/李海兵，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=333594&Type=bkzyb&SubID=78146

   研究史前地震，特别是史前地震的位置、年代和规模的学科。

   古地震学也具有一定的局限性，只能研究产生显著变形行为的地震活动，如地层单元变形、变位地形或地震诱导沉降等。

[16] 2022-12-23，物理事件/physical event/冯启、范若颖、龚一鸣，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=390678&Type=bkzyb&SubID=175620

   与灾难性或周期性地质或行星际作用（如火山爆发、地震、小行星撞击、地磁场极性倒转、地球轨道参数变化等）有关的沉积记录。

相关链接：

[1] 2023-10-20，[打听，讨论，资料] 厄尔尼诺不是一直都存在，并且模式也在变化？

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[2] 2023-10-19，[阅读笔记，气候，全球变化] 古气候变化的几个要点

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1406540.html

[3] 2023-10-18，[小资料，图片，全球变化] 地球公转轨道“黄赤交角/地轴倾斜度”近2百万年数据

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[4] 2023-10-17，[小资料，图片，观察] 尼诺：太平洋、大西洋、爪哇岛-苏门答腊岛

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[7] 2023-10-12，[小资料，图片] 胡佛水坝（Hoover Dam）（关联 Jack St. Clair Kilby 的诺贝尔演讲）

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[8] 2023-07-16，[笔记] 旋回：米兰科维奇 Milankovitch、丹斯果-奥什格尔 Dansgaard-Oeschger、厄尔尼诺 El Niño

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395583.html

[9] 2022-08-29，[呼吁] 尽快研究“米兰科维奇 Milankovitch 假说”背后的大气控制机理

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1353132.html

[10] 2021-02-27，[科普资料] 米兰科维奇 Milankovitch 假说

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1274123.html

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