科学家发现,过去200年间,地球磁场强度已下降约10%,未来有可能发生地磁倒转,也就是南北极互换位置,如果这一切真的发生,我们还能在地球上生存下去吗?
如果把地球剖开,我们会看见地球磁场由地核的液态铁镍对流驱动,类似发电机,强度平均约50微特斯拉,南北极最强,赤道较弱,2023年《自然-地球科学》报告,过去200年磁场强度下降10%,从约55μT降至50μT,尤其在南大西洋异常区下降30%,形成磁场“凹陷”。
这种衰减是否预示倒转?
地质记录显示,地球磁场每20万到100万年倒转一次,最近一次约78万年前,当前衰减速度为每年0.05%,快于正常波动,欧洲空间局Swarm卫星数据表明,磁极正加速漂移,北磁极每年移动50公里,科学家估计地磁反转最快也得几千年,不是一朝一夕就能完成的。
科学家认为,地磁倒转是外核对流模式的剧变,首先是地核对流受地幔热流和科里奥利力影响,若模式失衡,磁场弱化,多极场非偶极场增强,然后南北磁极可能分裂成多个极点,全球磁场呈混乱的“多极状态“,最后是新偶极场重建,南北极交换,磁场恢复。
2022年《地球物理研究杂志》模拟显示,倒转过程会持续1000年到10,000年,期间磁场强度可能降至5-10%正常值,保护能力大幅减弱,由于磁场屏蔽99%太阳风(带电粒子)和宇宙射线(高能质子)。
所以倒转期间,磁场弱化,射线通量增加,不过地面影响有限,因为大气会吸收大部分射线,但高空飞行>10公里,辐射剂量可能翻倍,增加飞行员和乘客癌症风险,2021年《科学》研究警告,射线轰击大气可能破坏臭氧层,减少10-25%,紫外线增强,皮肤癌和生态失衡风险上升。
磁场减弱还会导致卫星损害,之前的太阳风暴就导致卫星(如SpaceX星链)故障率升10%,未来的倒转期间,范艾伦辐射带(Van Allen Belts)弱化,卫星电子元件受损,GPS、通信中断,可能会因此损失数千亿美元。
电网也可能因此瘫痪,因为地磁风暴,如1859年卡灵顿事件,可诱发地电流(GIC),烧毁变压器,倒转期间,风暴频率增,电网瘫痪可能持续数月,经济损失万亿美元,人类可能会退回到蒸汽机时代。
磁场弱化可能间接影响气候,2019年《地球与行星科学快报》指出,倒转期间,太阳风改变高空电离层,扰乱喷射流(jet stream),导致极端天气,如欧洲洪水、亚洲干旱,火山活动可能增加,因地核对流变化影响地幔热流,但证据有限。
2025年《自然-地球科学》预测,倒转概率未来百年仅1%,但若发生,需全球合作:加固电网(抗GIC变压器)、发射抗辐射卫星、开发非磁导航,如量子罗盘,但这些都还在计划阶段,没有认真考虑过。