地磁极性倒转之谜

近 20 多年来的研究发现，地磁极性在地史上有频繁的倒转现象，即在相对地史来说相当短的时间中，正向极性转变为反向极性。虽然每次极性延续时间长短不一，但极性所占时间比例的统计分布表明，这种极性倒转还表现为不同层次的准周期性，即数亿年的周期上叠有千万年级、百万年级、十万年级和万年级的周期，并且地磁极性倒转期间，一般有长约 1000～2000 年的时间地球处于零磁场时期。

极性倒转的发现

1906 年在法国首次发现反向磁化岩石后，法、日、英等国的古地磁研究

也活跃起来。英国地球物理学家布莱克特（ 1897 — 1974 ）和兰康

（S.K.Runc0rn）开创了运用岩石中化石磁性资料探讨古地磁场的特征和变化历史的研究。

1967 年，斯台奈尔通过对古地磁极性倒转资料的分析发现，极性倒转有周期性，石炭纪一二叠纪和第三纪—白垩纪是两个以正负性为主的时期，间

隔数亿年。1977 年，通过更详尽的研究，对显生宙以来的古地磁极性有了较多的认识，绘出了极性变化曲线（见图 35）。从图 35 中可以看出：

前寒武纪末—中寒武世 负极性为主中寒武世—中泥盆世 正极性为主中泥盆世—三叠纪末 负极性为主二叠纪末—白坐纪末 正极性为主白垩世末—至今 负极性为主

倒转的相关因素

对地磁极性倒转的原因已提出诸多猜测，如陨石冲击、地外宇宙线冲击的突然加强、太阳超级耀斑爆发、较大地外飞行天体的摄动等，都因缺少观测证据而少受关注。较为可理解的假说是斯台奈尔的“宇宙成因说”（1967 年）和蒋志（1939—）的“核—幔差异说”（1983 年）。

斯台奈尔认为，古地磁极性倒转是由于地球随太阳运动时与银河系旋臂交汇造成的。因为太阳系在银河系中的运动轨道是偏心的椭圆，偏心率 e＜ 0.1，周期约为 3 亿年，并且还已发现其轨道有往返于银道面两侧的位移，周

期约为 2.38 亿年。因为银河系磁场在银道面上下的方向是相反的，这种情况有可能影响地球磁场，使其改变方向。他依据北半球正极性资料给出了百分比曲线。

早在 1976 年就有研究者主张，地磁极性倒转可能起因于核幔之间的交互作用，由于地幔对流等原因，使两者之间的相对位置有缓慢的变化。蒋志的“核幔差异说”认为，地球自转变化引起核幔差异运动是地球磁场赖以产生的动力来源，从而可以解释地磁极性倒转现象。影响地球自转角速度的两大因素是日月潮汐和银河拢动引力场。但蒋志认为，由于外地壳的流体性，引力扰动可能不影响地核，内核的自转角速度的变化只与潮汐摩擦项有关。基于此种认识和地磁场内部发电机模型，他导出地磁场的周期性。蒋志的理论计算除了与已发现的冰期周期对应外，还预言了万年级、千年级、百年级和十年级的周期。