42000年前,地球变成了……

原理 2021-02-23 20:31



头顶的臭氧层逐渐消失,雷暴在热带地区肆虐;太阳风带来的壮丽极光延伸到地球各处,这些耀眼的光芒在黑夜中照耀大地,甚至让夜晚变得比白天还明亮;北极地区寒冷刺骨的空气涌入北美洲,冰原和冰川迅速扩张;地球上的天气模式正发生着剧烈变化……


这些听起来就像是恐怖电影中的情节,但根据一项新的研究,这是曾经地球上真实发生过的事情。大约42000年前,地球经历了长达数个世纪的“末日灾难”。一项发表在《科学》杂志上的发现认为,42000年前由地磁极性倒转和太阳行为变化所触发的一系列戏剧性的灾难,对我们的星球产生了深远的影响




地球磁场来自外核中液态铁的流动,因此,地球的磁极并非是固定的。由于液态铁的动态运动,磁极的漂移现象,甚至完全翻转时有发生。我们已知的最后一次磁极完全翻转发生在约780000年前。


而有时,地球磁场也会发生暂时的摆动或倒转,比如约41000至42000年前暂时性的磁极迁移事件,它也被称为拉尚漂移(Laschamps Excursion)。在这一时期,地球磁场由于某些尚不完全清楚的原因发生了暂时倒转,该事件持续了数百年。科学家已经在世界各地找到了拉尚漂移留下的线索,但到目前为止,还不清楚这种磁场变化对地球气候和生命产生了怎样的影响。


为了找到答案,参与新研究的科学家需要找到那些“失传的时间记录”。几年前,新西兰正在建设一间发电厂,工地上的工人们发掘出了一根重达60吨的贝壳杉(kauri tree,Agathis australis树干。贝壳杉是新西兰最大的乔木之一,而这棵树生长于42000年前,并在泥炭沼泽和其他沉积物中被保存了数万年。树木的年轮跨越1700年,完美地记录下了一个地磁动荡的时代。


 新西兰发掘出的贝壳杉。| 图片来源:Nelson Parker via The Conversation


通过贝壳杉的年轮,研究人员能够建立起一个详细的时间表,表明地球大气在这段时间内如何变化。在两极倒转时,地球磁场崩塌,这会导致大气放射性碳水平会出现一个长期的峰值,而生长在同时期的树木恰好可以用自己的“身体”记录下这些细节。因此这棵古老的贝壳杉就像塞罗塔石碑,帮助科学家把来自世界各地的洞穴、冰芯和泥炭沼泽的环境变化记录联系在一起。


放射性碳的数据显示,41500年前,磁场强度大约只有当今的6%。由于缺乏磁场,我们的星球几乎完全失去了抵御宇宙辐射的有效屏障,更多来自太空的穿透性极强的粒子可以进入大气层的顶部。


除此之外,太阳在此期间经历了几段明显的“活动极小期(Grand solar minimum),在这些时期中,太阳活动总体上要低得多,但也变得更不稳定,大量耀发使更强大的电离宇宙射线到达地球。


研究人员同时利用一个模拟全球化学和气候相互作用的计算机程序,探索了弱磁场和太阳强度变化的影响。模型显示,这些因素的组合具有放大效应。来自银河系的高能宇宙射线和太阳耀斑产生的巨大宇宙射线爆发能穿透高层大气,使空气中的粒子带电,并引起化学变化,导致平流层臭氧的损失



研究人员相信,化学-气候模拟的结果与许多自然气候和环境记录中观察到的环境变化是一致的。他们认为,在这一时期,热带太平洋雨带和南大洋西风同时发生的突然移动,这可以解释澳大利亚等地出现的干旱。也正是在这时,包括巨型袋鼠和巨型袋熊在内的一系列大型动物从澳大利亚的土地上消失了。再往北,美国东部和加拿大的劳伦泰德冰盖迅速扩张。


同时,剧烈的变化和前所未有的高紫外线水平给生命带来了极大的威胁。在欧洲,尼安德特人逐渐灭绝。在强烈的紫外线威胁下,早期人类只能进入洞穴中寻求庇护,这也恰好可以解释这一时期世界各地洞穴艺术的突然繁荣。


由于这些发生在42000年前的看似随机的事件和极端环境变化的巧合,研究人员将它们统称为“亚当斯事件”,这是为了向伟大的科幻作家、《银河系漫游指南》的作者道格拉斯·亚当斯致敬。在《银河系漫游指南》中,亚当斯正是将“42”作为生命、宇宙和一切的终极答案。


但也有不同的声音认为,有些推论是对已有证据的过分演绎。牛津大学考古学家Thomas Higham表示,人类进化中的里程碑并没有出现在这一时期,它们也都不是突然发生的,把它们和磁场倒转联系起来似乎并没有那么说得通。


但新的研究结果能为更多磁极漂移事件的探索带来启发,比如短暂的莫诺湖漂移事件(Mono Lake Excursion,而被远古岩石记录下的长期地磁倒转可能对环境带来了更大的影响。这些有待探索的问题对科学家来说都充满着吸引力。


#创作团队:

文字:Takeko

图片:雯雯子

#参考来源:

https://theconversation.com/earths-magnetic-field-broke-down-42-000-years-ago-and-caused-massive-sudden-climate-change-155580

https://cosmosmagazine.com/earth/earth-sciences/magnetic-reversal-caused-massive-climate-shifts/ 

https://www.sciencemag.org/news/2021/02/ancient-kauri-trees-capture-last-collapse-earth-s-magnetic-field

#图片来源

封面:Paul Pettitt,courtesy Gobierno de Cantabria

文首图:Unsplash