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摘要：地球磁场的形状是地球南北磁极以及来自太阳的粒子流共同作用的结果。但地球的磁场确实发生了变化。目前像我们这样的地球物理学家所热衷的是认识到地球磁场的强度在过去160年中以惊人的速度下降。作为南部非洲铁器时代的第一批农耕者，他们严重依赖于降雨。我们认为，不寻常的非洲地幔改变了下方地核中的铁流动，进而改变了地震区边缘磁场的表现方式，并导致反向通量斑块。
这篇文章最初是在对话中发表的。这篇文章为《生活科学》的专家之声：评论与见解贡献了一篇文章。
地球被磁场覆盖。正是它使指南针指向北方，保护我们的大气层不受质子等带电粒子从太空持续轰击。在没有磁场的情况下，我们的大气会慢慢被有害辐射剥夺，生命几乎肯定不会像今天这样存在。“KdSPE”“KDSPs”你可以想象磁场在地球上是一个永恒的、永恒的方面，在某种程度上你是对的。但地球的磁场确实发生了变化。每隔几十万年左右，磁场就会发生一次翻转。北方指向南方，反之亦然。而当磁场翻转时，它也会变得非常微弱。
目前像我们这样的地球物理学家所热衷的是认识到地球磁场的强度在过去160年中以惊人的速度下降。这次崩塌的中心是南半球的一大片区域，从津巴布韦延伸到智利，被称为南大西洋异常。那里的磁场强度很弱，对在该区域上空运行的卫星来说是一种危险——磁场不再保护它们免受干扰卫星电子设备的辐射。
，磁场继续变弱，可能预示着更为戏剧性的事件，包括磁极的全球反转。如此重大的变化将影响我们的导航系统，以及电力的传输。北极光的景象可能出现在不同的纬度。由于在全球逆转过程中，在极低场强下会有更多的辐射到达地球表面，它也可能影响癌症的发病率。
我们仍然不完全了解这些影响的程度，这给我们的研究增加了紧迫性。我们正转向一些或许出乎意料的数据来源，包括700年前的非洲考古记录，来解开这个谜团。
地磁场的起源地球磁场是由地球液态外核中的铁对流产生的。从记录最近磁场的大量天文台和卫星数据中，如果我们在地球旋转的液态铁心正上方有一个指南针，我们可以模拟磁场的样子。
这些分析揭示了一个惊人的特征：在南部非洲的地核-地幔边界下有一片极性相反的区域，液态铁心与地球稍硬的部分相遇内部。在这个区域，磁场的极性与平均全球磁场相反。如果我们能在南部非洲的深处使用指南针，我们会发现在这个不寻常的区域中，北方实际上指向南方。
这个区域是造成南大西洋异常的主要原因。在数值模拟中，类似于南部非洲下方的不寻常斑块出现在地磁逆转之前。
在地球的历史上两极经常发生逆转，但最后一次逆转是在遥远的过去，大约78万年前。最近磁场的快速衰减及其衰减模式，自然提出了在过去160年前发生了什么的问题。
古地磁带我们进一步回到时间在古地磁研究中，地球物理学家团队与考古学家一起了解过去的磁场。例如，用来 ... 陶器的粘土含有少量磁性矿物，如磁铁矿。当粘土被加热制成一个罐子时，它的磁性矿物失去了它们可能拥有的任何磁性。冷却后，磁性矿物记录当时的离子和磁场强度。如果我们能够确定这个罐子的年代，或者它来自的考古遗址（例如，使用放射性碳年代测定法），那么就可以恢复一个古地磁历史。
使用这种数据，我们就有了北半球的部分古地磁历史。相反，南半球的古地磁记录却很少。特别是，几乎没有来自南部非洲的数据——这是该地区，连同南美洲，可能提供了对造成今天南大西洋异常的反向核心区历史的最深刻的见解。
但是今天南部非洲的祖先，说班图语的冶金学家和农民在2000年至1500年前开始迁移到这个地区，无意中给我们留下了一些线索。这些铁器时代的人住在用粘土建造的棚屋里，把粮食储存在坚硬的粘土箱里。作为南部非洲铁器时代的第一批农耕者，他们严重依赖于降雨。
这些社区经常对干旱时期做出反应，举行包括烧泥粮仓的清洁仪式。对这些人来说，这一系列的悲剧事件最终是几百年后古地磁的福音。就像在烧制和冷却罐子的情况下，这些结构中的粘土记录了地球冷却时的磁场。因为这些古老的小屋和粮仓的地板有时可以被发现完好无损，我们可以对它们进行取样，以获得它们当代磁场的方向和强度的记录。每一层楼都是一个小型的磁力观测站，它的指南针在燃烧后立即冻结。
和我们的同事们一起，我们把采样的重点放在了林波波河谷上的铁器时代的村庄遗址上，林波波河谷北面是津巴布韦，西面是博茨瓦纳，南面是南非。
的磁场通量在林波波河谷地区进行的取样，在公元1000年至1600年间，首次发现了南部非洲的古地磁历史。我们的发现揭示了过去的一个时期，大约在公元1300年，当时该地区的磁场正像今天一样迅速减少。然后强度增加，尽管速度慢得多。
出现两个快速场衰减间隔——一个是700年前，一个是今天——表明了一种反复出现的现象。目前南非下方的反向通量斑块是否会定期发生，比我们的记录显示的时间还要早？如果是，为什么会在这个地方再次发生？”在过去的十年里，研究人员已经积累了地震波分析的图像。当地震剪切波穿过地球各层时，它们传播的速度表明了该层的密度。现在我们知道，大面积的慢地震剪切波是南部非洲地下核幔边界的特征。
这个位于南部非洲下面的特殊区域有点罗嗦的标题，非洲大型低剪切速度区域。虽然许多人对这个描述性强、但术语丰富的名字感到畏缩不前，但它却是一个有着数千万年历史的深刻特征。虽然跨越数千公里，但其边界是尖锐的。有趣的是，反向磁通斑块与东部边缘几乎一致。
现今的反向磁通斑块与非洲大的低剪切速度区边缘物理上如此接近的事实引起了我们的思考。我们提出了一个模型把这两种现象联系起来。我们认为，不寻常的非洲地幔改变了下方地核中的铁流动，进而改变了地震区边缘磁场的表现方式，并导致反向通量斑块。
我们推测，这些反向地核斑块增长迅速，然后衰减更慢。偶尔，一个小块会变大，足以控制南半球的磁场，两极则相反
“反转的传统思想是，它们可以从核心的任何地方开始。我们的概念模型表明，在核幔边界可能有一些特殊的地方促进了反转。我们还不知道当前的领域是否会在未来几千年内逆转，或者仅仅在未来几个世纪内继续减弱。
，但现代南部非洲祖先提供的线索无疑将帮助我们进一步发展我们提出的逆转机制。如果正确的话，磁极反转可能是“走出非洲”，
John Tarduno，罗切斯特大学地球物理学教授，以及文森特黑尔，罗切斯特大学地球与环境科学博士后助理，
这篇文章最初是在对话中发表的。阅读原文。“
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