研究表明地球磁场翻转引发气候变化,物种灭绝
1676字
2021-02-20 20:47
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火星译客

研究表明,一次磁场事件引发地球灭绝到艺术的一切。

放大/贝壳杉巨大的树干已经完好无损地保存数万年。

地球的磁场有利于保护生命不受来自太空的高能粒子的影响。火星现在缺少强大的磁场,火星表面的环境对生命生存来说有极大的破坏性,因此任何在火星上的微生物都在火星表面之下生存是安全的。在地球上,磁场确保了生命可以在地表繁衍发展。

但事实并非总是如此。地球的磁场是变化的,两极在移动,有时会位置互换,磁场有时会减弱或有影响消失。然而观察这些变化并没有发现什么特别有趣的东西,对灭绝没有明显的联系,也没有重大的生态颠覆。

昨天发表在《科学》杂志上的一篇论文,研究人员通过分析已经死亡数万年的树木年轮,为确定过去的磁场翻转创建了一个详细的时间年代。而且它表明,这种翻转与气候的变化有关。但论文随后又试图将翻转与一切事物联系起来,从一个小的灭绝事件到我们祖先的洞穴艺术的发展。最后,这项研究要融合扎实的科学、大胆的假设和不受约束的推测。

老树,但有多老?

我们先从扎实的科学知识说起,这一切都要从新西兰原产的独特树种之一贝壳杉说起。这些树相当大,寿命也很长,经常达到1000年以上的树龄。而树上的木头往往被埋在沼泽地里后还能存活下来,有些样本的树龄已经有万年之久。

这项新工作背后团队依赖于被发现的贝壳杉木,这种木材的发现可以追溯到拉尚漂移(Laschamps Excursion)时期,大约在4万年前,磁极短暂地交换位置。古树包含着许多故事。包括拉尚漂移在内的那段时期内碳14(放射性元素)水平变化提供精确日期,而每棵树的年轮又可以让我们推断出个别年份的情况。对木头中发现的其他同位素的研究可以研究从太阳活动到降雨状态等一切事物变化的粗略估计。

这项新工作背后的团队发现,他们的一些树干的年代确定在拉尚漂移时期。在当时的树木年轮中沉积的碳-14过多,这与地球磁场强度下降导致更多的粒子到达地球是一致的。这通常足以使测年工作受到影响,这也限制了我们用之前的样品确定拉尚漂移时期的准确日期的能力。

但是,从树木年轮中捕捉到的细节,让研究团队能够将数据与其他来源的数据结合起来,这些数据里确实有精确的日期。其中包括在洞穴中形成的年沉积物,沉积物中既有碳-14的记录,也有钍的同位素来源日期。研究人员还可以将这些数据与格陵兰冰芯记录更精确地联系起来,这些记录也可以追溯到拉尚漂移。

这些记录一旦合并,就有了磁场逆转的精确时间,以及当时磁场强度的信息。综合记录还提供了一些关于当时气候的信息,以及降雨和太阳等大气活动。

不卡在反面

记录表明,磁场在42350年前开始下降,在41800年前达到最低水平,这比实际的极点翻转要早300年。因此,当时的磁场减弱与其说是两极互换的影响,不如说是翻转的前兆。由于时间以42千米为中心,研究人员决定以作者道格拉斯-亚当斯的名字将其命名为亚当斯过渡性地磁事件。

数据的一致也表明,当时并不是只有地球有着异常现象。同位素铍-10主要是由宇宙射线粒子撞击大气层形成的,所以它可以作为太阳活动的标记。这是因为太阳的磁场与其活动水平相关,而这种磁场可以使传入的粒子发生偏转,否则这些粒子就会进入太阳系,并有可能影响撞击地球。冰芯中的同位素水平表明,太阳进入了一个漫长的安静期,与亚当斯事件重叠。

因此 这有个独立的事件,都可以让更多的高能粒子到达地球的大气层。研究人员利用大气化学模型发现,这些粒子会产生破坏臭氧的化学物质。根据美国宇航局的加文-施密特的说法,由此造成的臭氧损失并不像造成我们目前臭氧洞的损失那么大,不过预计它们在地理和季节上的分布会有些不同。

臭氧的损失造成了一系列相对微妙的气候影响,改变了北极的流流和南半球的降水方式。这些都是一个单一的化学-气候耦合模型运行的有限数量的结果,因此研究人员自己也承认,臭氧损失的影响确实需要用更多的模型来研究,用来确定这些影响有多大。

不过,研究人员利用与亚当斯事件相关的碳-14标记,在一些沉积物记录中确定了相同的时期。两者都表明,在事件期间大气环流模式发生了变化变化,这与对气候的影响是一致的。

推测时间

总的来说,新的精确时间安排对于任何涉及保存碳-14的样本和这一时期前后的日期实地的研究都应该是非常有用的。在这方面,这项工作提供了服务。与气候和更多高能粒子到来的联系的前景是一个有趣的假设,它与以前将太阳活动与气候变化联系起来的尝试不同。这是一个值得跟进的想法。

研究人员搜索了大约42000年前发生的任何事情,并试图将其与他们认为由亚当斯事件引发的环境条件改变的组合联系起来。这包括北半球普遍更冷的条件,冰川扩张就是证明。只是磁场的变化只持续了几百年,而寒冷的气候却持续了几千年。因此,他们不得不提出,亚当斯事件推动气候越过了一个临界点,允许它在没有原始触发因素的情况下保持其改变状态。再加上有一些气候记录显示,亚当斯事件发生时的变化非常小。

澳大利亚的大型动物大灭绝,大约在42,000年前就达到了顶峰。这暗示了与亚当斯事件似乎在南半球引发的降雨变化有关。这是一个有趣的想法,尽管像这样的灭绝事件通常在高峰前后都持续相当长的时间。

其他潜在的联系则极为小。现代人尽管已经在中亚生活了数万年,但是在亚当斯事件发生时才出现在欧洲,尼安德特人在此后不久就灭绝了。虽然有理由怀疑后两个事件是有联系的,但不清楚为什么这两个事件都会与磁场翻转以及它对气候的任何影响有关。

这一时期,现代人对洞穴艺术的了解也越来越广泛。研究人员又试图将这种增长与亚当斯事件联系起来。更多的人类一定是为了躲避恶劣的辐射环境而进入洞穴的! 正因如此,他们用赭石做防晒霜,所以他们随时携带艺术材料!

现实情况是,人类和尼安德特人为了艺术使用红赭石已经有数万年的历史了,在那时候,居住在洞穴里的时间也同样长。在42000年前,可能有程度上的差异,但这不是瞬间的事。

到目前为止,气候科学家和人类学家都对这些说法表示有很大的怀疑,尽管有不少人认为个别说法很有吸引力,值得继续研究。当研究人员使用文章中所描述的碳-14标记来观察其他记录环境变化的样本时,其中一些观点就回即将验证,比如在同一时期的岩石中沉积物样本。这将为我们提供一幅更清晰的画面,看看大约在同一时期发生的事件是否真的代表了正在提出的那种全球性变化。

其他的想法可能仍然超出我们完全地设计测试的能力。目前还不清楚,我们是如何得知古代人做防晒霜和艺术使用的红赭石比例的,也不清楚是否有更多的人住在洞穴里,因为不知他们怎么感觉到空气变得危险了。因此,研究人员在发表一些具有疑惑的想法,但不会明显影响该领域。

跟踪这项工作的一个直接的方法是更仔细地观察其他磁场逆转;文章中特别提到了35000年前发生的一次磁场逆转。但是当研究人员模拟了一次没有太阳活动大幅下降的磁场逆转时,什么也没有发生。看起来,我们真的需要这两种情况同时发生,才能了解研究人员说的的深远影响。考虑到这两种情况同时发生的可能性似乎很渺茫,目前还不清楚其他例子能告诉我们多少信息。

《科学》,2021年。DOI:10.1126/science.abb8677(关于DOI)。

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