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    深圳商報 | 深圳南方科技大學周祐民團隊研究報告震驚學界

    2018-09-21 媒體報道

    地磁倒轉只需百年?
    深圳南方科技大學周祐民團隊研究報告震驚學界


    來源:深圳商報    2018年09月20日   深圳商報記者:董芳芳

            地磁倒轉,南北極互換,這個過程在百年尺度就可完成,而此前科學界普遍認為需要千年甚至更久。這一關于地磁倒轉的重大發現近日刊登在《美國國家科學院院刊》上。這一研究由深圳南科大海洋科學與工程系助理教授周祐民(第一作者、共同通訊作者)、福州師范大學姜修洋教授(共同第一作者)、南科大海洋科學與工程系教授劉青松(共同第一作者)、臺灣大學特聘教授沈川洲(共同通訊作者),以及臺灣同步輻射研究中心、臺灣健行科技大學、中科院地質與地球物理研究所、澳洲國立大學等機構研究人員共同完成。記者日前對這項研究報告的第一作者、共同通訊作者周祐民進行了專訪。


    著野外裝備準備進洞穴采樣的南方科技大學助理教授周祐民(右)與臺灣大學沈川洲特聘教授(左)。

     

    用石筍研究地磁獲得突破

            周祐民現在是南方科技大學海洋科學與工程系海洋磁學研究中心助理教授,是南科大目前唯一一位來自中國臺灣的學者。他在臺北長大,在臺灣大學和法國賽吉馮圖瓦茲大學獲得博士學位,又在臺灣師范大學和臺灣大學做博士后,之后來到深圳南方科技大學。

            周祐民在大學本科讀書時就主攻地磁學,本科畢業至今17年,一直在做地磁學方面的研究。此番這項通過石筍做地磁倒轉的研究歷時四年。“過去從來沒有人通過石筍做地磁的研究并得出相對精確的結果,這確實是一次重大突破。”周祐民說。

           “普遍用于地磁學研究的材料包括沉積巖和火成巖,這兩種材料都有各自的限制,沉積巖沒有辦法給到精確年代,而火沉巖在年代判定上好一些,而它卻不是連續的堆積。”周祐民說,“而石筍這個材料則可以說是兩者優勢的結合。”

            其實在上世紀七八十年代,西方學者也有試圖用石筍這個材料來做地磁研究,然而無法進行下去。周祐民解釋其原因,“是因為石筍磁性訊號微弱,過去的儀器無法偵測到這么弱的訊號,測磁技術達不到要求。”

            “而現在的研究成果也是基于技術的突破,一是定年技術,二是測磁技術,這兩者相結合,并用于石筍這個研究材料上,多個研究機構共同合作,技術和方法都共同突破,才得以有了今天的研究成果。”周祐民說。

    地磁倒轉大大快于預期

            這項研究成果的重要性在于,本研究發現地磁倒轉速度遠比傳統觀點所認為的要快上十倍。此前科學界普遍認為地磁場極性倒轉過程可能需要一千年甚至更久,而此番南科大學者與臺灣等地學者共同研究發現,地磁倒轉速率快于預期,可發生在百年之間。

            研究團隊通過重建十萬六千年到九萬一千年前貴州三星洞石筍的古地磁記錄,來分析發生在九萬八千年前的一次地磁倒轉。結果表明,在十萬年前地磁極呈現不穩定狀態,在百年到千年尺度上波動。尤其在九萬八千年前,地磁場最快可以在百年尺度內完全倒轉,可能對地球生態環境會造成重大影響。

            周祐民說:“國際上也有同行在做相關的研究,但是大家在材料和技術上遇到一些瓶頸,沒有辦法突破,而我們目前的精度和技術的確是國際領先。”

            論文在《美國國家科學院院刊》發表之后,國際眾多媒體都關注到這項研究結果。為什么會引發如此大的關注?周祐民認為,“這次研究改變了我們對地磁場的認識,過去研究認為,當地磁場真的發生倒轉,過程需要很長的時間,大概是千年尺度,這對我們人類來講,就沒什么感覺,但是如果地磁場在百年內就可以完全倒轉,在人的一生中都可以經歷到這個變化,這就變成一個很大的沖擊。”

            獲得這一研究結果時,周祐民和所有研究團隊成員都很驚訝。通過對石筍材料進行的研究和測算,九萬八千年前的那次地磁倒轉,竟發生在百年之間。是不是算錯了?這也是周祐民和研究團隊給自己的疑問。團隊又經過多次反復測算,重復檢驗,確認研究結果沒有問題。

            在研究報告進行同行評審的時候,同行評審都表示這確實是非常令人驚訝和興奮的結果,地磁場在不穩定變化的時期,其變化特性、偏轉速度、變化過程終于有了一個高精度的完整輪廓。

            然而同行評審也提出同樣的疑問,過程竟然能夠這么快,精確定年在百年之間,是不是定年錯誤了?周祐民和研究團隊也同樣針對這個問題給出了充分的證據和資料,證明研究結果沒有問題。對于同行評審提出的疑問的充分和扎實的回答,也得到了同行評審的高度認可。

    重建十萬年前高精度地磁記錄

            鑒于石筍獨特的封閉生長環境,可以用鈾系法對其精確定年。石筍在生長過程中可以包裹水滴由洞穴頂部帶來的磁性礦物,從而記錄連續的高精度古地磁變化信息。周祐民與科研團隊在中國貴州三星洞采到了適合古地磁研究的石筍樣品。通過結合臺灣大學地質系沈川洲團隊先進的鈾釷定年技術、中科院地質與地球物理研究所朱日祥院士團隊的高靈敏低溫超導磁力測量技術、臺灣同步輻射研究中心的高解析穿透式X光顯微鏡技術,最終獲得180個古地磁數據以及70個年代資料,重建了十萬年前高精度的古地磁記錄。

            石筍資料顯示出地磁場極性內在的震蕩變化特征。在九萬八千年前,古地磁極在百年尺度即可以從正向快速地發生倒轉。

            研究還表明,地球磁場在過去150年已經減弱了近10%,將來地磁場強度若持續加速減弱,就有可能會發生地磁極性快速倒轉。

            目前周祐民主要在研究發生在四萬一千年前的一次地磁倒轉事件,希望重建這個年代的高精度的古地磁變化記錄,看看這次地磁倒轉事件是在多少年的跨度間發生的。

           通過搜集不同年代的石筍,周祐民的一個宏偉目標是最終建立一個百萬年來的地磁變化記錄。周祐民笑說:“那只是偉大理想,我想起碼要先建立一個十萬年來地磁場變化的絕對年代的記錄。當它與其他方面的研究記錄相配合,就能夠發現更多地球的奧妙。”

    磁場變化對地球的影響

            既然地球磁場已經在變化,未來百年是否會發生地磁倒轉?周祐民稱,研究只是針對過去地球上曾經發生的地磁倒轉事件來進行研究,尚且不能判定地球未來磁場變化。

            地球上過去發生的地磁倒轉事件會導致地球生物大滅絕嗎?周祐民回答說,目前科學家們也有在研究兩者的關聯性,這涉及地磁學與古生物學兩方面的研究配合,需要兩方面都有相對精確的充分資料,所以目前并沒有資料明確表明地磁倒轉與地球生物大滅絕有關聯。

            關于磁場變化對地球的影響,周祐民分析說,地球磁場像一面隱形盾牌,保護著大氣層免于太空中高速帶電粒子撞擊(如太陽風),阻隔生物受到有害射線影響,維持著地球生物蓬勃發展。如果在不久的將來,地球磁場極性發生快速倒轉,將會極大地改變地球高空環境,進而對全球的航空、通訊與電力系統造成無法估計的干擾與損害,可能導致全球網絡癱瘓,并且對許多具有感應磁場能力的生物,例如候鳥、鮭魚等,造成重大影響。同時,地磁場變弱,太陽風對人類活動的影響也很大,比如導航衛星等都沒法使用。”

            周祐民解釋說:“地球有一個很大的磁場,把太陽風給屏蔽了。而磁場減弱到一定程度,因為太陽風本身是帶電離子,帶電離子就會向大氣層沖擊,使大氣層受太陽風影響。高空衛星原本在磁場保護下,一旦受太陽風沖擊,就沒法運作,對通訊、金融、國防等各方面都會造成很大影響。”

            關于地磁場變化對人體方面的傷害,周祐民稱這方面的研究還不明晰。首先臭氧層會被破壞,臭氧層主要阻隔紫外線,那么紫外線對人體的傷害就增大了。

     

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