地球磁場(chǎng)源自行星外核中熔融金屬的永恒運(yùn)動(dòng)。它是我們看不見的護(hù)盾，其變化之劇烈也令人驚訝。

每隔一段時(shí)間，地球磁場(chǎng)就會(huì)進(jìn)行一次徹底的重新排列，使得地磁南北極互換位置。這種被稱為“地磁翻轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象并非一夜之間完成，而是經(jīng)歷磁場(chǎng)減弱、混亂、極點(diǎn)漂移，最終在數(shù)千年后定格在相反的狀態(tài)。

幾十年來(lái)，科學(xué)家一直遵循著一個(gè)大致的經(jīng)驗(yàn)法則：大多數(shù)翻轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)在10000年左右結(jié)束。一項(xiàng)新的研究表明，地球有時(shí)會(huì)在這種不穩(wěn)定的過(guò)渡狀態(tài)中停留比預(yù)期長(zhǎng)得多的時(shí)間。

這項(xiàng)研究聚焦于記錄在4000萬(wàn)年前的兩次地磁翻轉(zhuǎn)。其中一次耗時(shí)約18000年。

而另一次翻轉(zhuǎn)則拖延了大約70000年，與教科書中所暗示的節(jié)奏相比，這種緩慢程度令人咋舌。

為什么要關(guān)注翻轉(zhuǎn)的時(shí)長(zhǎng)？因?yàn)楫?dāng)磁場(chǎng)處于微弱且混亂的狀態(tài)時(shí)，地球?qū)?lái)自太空的帶電粒子和輻射的防御能力會(huì)下降。這種影響可能會(huì)波及大氣層、氣候，甚至是生物界。

美國(guó)猶他大學(xué)的研究合著者彼得·利珀特表示，磁場(chǎng)神奇之處在于它為抵御外太空輻射提供了安全網(wǎng)。一旦進(jìn)入行星的太陽(yáng)輻射量增加，就會(huì)改變生物的導(dǎo)航能力。

利珀特指出，這意味著高緯度地區(qū)乃至整個(gè)行星都會(huì)暴露在更高頻率、更長(zhǎng)時(shí)間的宇宙輻射中。因此可以合乎邏輯地預(yù)見，基因突變的概率會(huì)隨之升高，大氣層也可能遭受侵蝕。

這項(xiàng)研究可追溯到2012年的一次北大西洋深海鉆探考察。包括利珀特和日本高知大學(xué)的山本裕二在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)，從加拿大紐芬蘭島附近的海底獲取了長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的沉積物核心。

雖然那次大規(guī)模考察的初衷是研究始新世的氣候，但這些巖芯同時(shí)也保存了地磁歷史。當(dāng)微小的磁性顆粒在沉降過(guò)程中根據(jù)磁場(chǎng)方向排列并被埋藏后，它們就像天然的錄音帶一樣鎖定了當(dāng)時(shí)的信息。

在這種情況下，大部分信號(hào)來(lái)自微生物形成的磁鐵礦晶體，以及從陸地沖刷進(jìn)海洋的礦物粉塵。

利珀特提到，目前人們尚不清楚觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的誘因。由于每次翻轉(zhuǎn)持續(xù)的時(shí)間不同，這就形成了一種獨(dú)特的“條形碼”。

研究人員可以利用沉積物中保留的磁場(chǎng)方向，將其與地質(zhì)時(shí)間尺度進(jìn)行比對(duì)。

這種“條形碼”的概念非常有用。由于地質(zhì)史上極性正常和反轉(zhuǎn)的序列已被詳細(xì)繪制，只要將巖芯的模式與全球記錄匹配，就能精確確定年代和演變速度。

在研究過(guò)程中，巖芯的一個(gè)截面引起了團(tuán)隊(duì)的注意。那不僅僅是磁場(chǎng)發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，其過(guò)渡過(guò)程表現(xiàn)得極其漫長(zhǎng)。

山本裕二在值班觀察數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，始新世的這一部分在兩個(gè)方向上都有非常穩(wěn)定的極性。但夾在它們之間、磁向改變時(shí)的不穩(wěn)定區(qū)間，在巖芯標(biāo)本上延伸了許多厘米。

在沉積物巖芯中，厚度通?？梢赞D(zhuǎn)化為時(shí)間，這取決于物質(zhì)堆積的速度。如果中間的“混亂期”在物理厚度上很可觀，往往意味著翻轉(zhuǎn)狀態(tài)持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間。

不過(guò)，僅憑厚度可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)槌练e速率會(huì)發(fā)生變化。為此，團(tuán)隊(duì)以極小的間距對(duì)該異常區(qū)間進(jìn)行了取樣，并反復(fù)驗(yàn)證這是真實(shí)的磁場(chǎng)信號(hào)還是沉積造成的假象。經(jīng)過(guò)數(shù)年的后續(xù)分析，這種緩慢的翻轉(zhuǎn)被證實(shí)是真實(shí)存在的。

盡管結(jié)果令人驚訝，但并非完全出乎意料。一些關(guān)于地磁發(fā)電機(jī)（地球外核的動(dòng)力引擎）的計(jì)算機(jī)模型此前已經(jīng)暗示，翻轉(zhuǎn)持續(xù)的時(shí)間跨度可能很大。

在模型中，可能會(huì)出現(xiàn)許多解決速度較快的“正?！狈D(zhuǎn)，但偶爾也會(huì)出現(xiàn)極其漫長(zhǎng)的過(guò)渡。在某些模擬實(shí)驗(yàn)中，這種過(guò)渡甚至可以持續(xù)約130000年。

換句話說(shuō)，地球磁場(chǎng)或許一直具備這種漫長(zhǎng)且“猶豫不決”的翻轉(zhuǎn)能力。只是過(guò)去一直缺乏足夠細(xì)致且年代準(zhǔn)確的沉積記錄來(lái)清晰地揭示這一點(diǎn)。

山本裕二表示，這一發(fā)現(xiàn)揭示了一個(gè)超乎尋常的漫長(zhǎng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)知，令研究團(tuán)隊(duì)感到真正震驚。

如果漫長(zhǎng)的翻轉(zhuǎn)確實(shí)會(huì)不時(shí)發(fā)生，科學(xué)家就需要重新評(píng)估地球磁場(chǎng)“正?！毙袨榈姆秶?。這同時(shí)也引發(fā)了新的思考。

漫長(zhǎng)的翻轉(zhuǎn)是否集中在某些特定年代？它們是否與地核動(dòng)力、地幔狀況或氣候變化存在關(guān)聯(lián)？

如果磁場(chǎng)長(zhǎng)期保持微弱，行星的地表環(huán)境是否留下了這種長(zhǎng)期脆弱狀態(tài)的痕跡？這項(xiàng)新研究雖然沒有給出所有答案，但它拓展了地磁翻轉(zhuǎn)理論必須解釋的現(xiàn)實(shí)案例庫(kù)。

那些沉睡在數(shù)千米深海之下的微小磁鐵礦晶體，像是一盤被塵封了千萬(wàn)年的磁帶，斷斷續(xù)續(xù)地記錄著行星核心的躁動(dòng)。人們總以為腳下的大地與頭頂?shù)淖o(hù)盾堅(jiān)如磐石，但在地質(zhì)時(shí)間的廣角鏡下，這種保護(hù)其實(shí)充滿了不確定與搖擺。磁極翻轉(zhuǎn)時(shí)的那份遲疑，或許曾讓遠(yuǎn)古的生命暴露在灼熱的宇宙射線中，迫使它們?cè)谶M(jìn)化的分叉路口做出選擇。這種跨越數(shù)萬(wàn)年的脆弱狀態(tài)，正是這顆行星生命力的一部分——在波動(dòng)中求生，在混亂中重構(gòu)，這或許才是地球最真實(shí)、也最深邃的底色。