在我们脚下深处，一片涌动不息的熔融金属海洋维系着地球的宜居环境。当地球外核中的液态铁镍循环流动时，便形成了地球磁场，流动的液态金属产生电流，进而构筑起全球性的磁力屏障。这层屏障虽强大无比，却并非恒定不变。

地球的磁北极与磁南极不时互换位置，这一现象被称为地磁反转。这些反转的故事，镌刻于地球本身。当沉积物沉降至海底、岩石冷却凝固时，微小的磁性矿物会与彼时地磁场方向保持一致，将那一瞬间的状态保存下来，供数百万年后的科学家解读。地磁反转并非瞬间完成，当地磁场逐渐减弱、变得紊乱时，这一过程通常要历经数千年之久，在此期间，磁极在全球范围内漂移，最终以相反的指向重新稳定下来。

在过去的1.7亿年里，研究人员记录了约540次磁场逆转现象，据信其中许多次逆转过程大约耗时1万年方能完成。

犹他大学一位地球科学家携手法国与日本的科研同仁共同开展了一项新研究，该研究表明，某些地磁反转过程以截然不同的速度进行。研究团队发现了约4000万年前的一些实例，其中地磁转换过程持续时间远超以往，某些情况下甚至超过7万年之久。这一延长的时序重塑了科学家对地球周围磁场的认知，该磁场有助于阻挡太阳辐射和来自太空的有害粒子。

对生命与气候的潜在影响

磁场犹如行星的天然滤网，若其长期处于衰弱阶段，或将引发重大影响。当磁场强度减弱时，更多带电粒子得以穿透至高层大气，可能改变此处的化学反应进程，并扰乱能量在气候系统中的循环路径。这种影响甚至可能波及生物圈，特别是对依赖地磁信号导航的物种而言尤为显著。

据合著者、犹他大学地质与地球物理学系副教授彼得·利珀特所言，地磁屏蔽作用长期减弱，很可能对大气化学、气候进程以及生物进化产生了影响。

犹他古地磁研究中心负责人利珀特表示：“磁场奇妙之处在于，它为地球抵御外太空辐射筑起了一道安全屏障。据观测与研究，这种辐射会产生各种影响。若更多太阳辐射抵达地球，将改变生物的导航能力。”“这基本上意味着，我们正让高纬度地区，乃至整个地球，暴露于更高强度、更长时间的宇宙辐射之下。因此，有理由预期基因突变率会上升，大气层也可能遭受侵蚀。”

研究结果发表于《自然·通讯：地球与环境》期刊。论文第一作者为日本高知大学的山本雄二（Yuhji Yamamoto）。

山本在施普林格·自然集团（Springer Nature）发布的一篇摘要中写道：“这一发现揭示了一个极其漫长的反转过程，挑战了传统认知，令我们深感震惊。”

该研究以山本与利珀特2012年在北大西洋开展的科学钻探考察工作为基础。此次考察项目聚焦于重建始新世（距今5600万年至3400万年）的气候状况。这项为期两个月的考察任务是综合大洋钻探计划第342航次的一部分。研究人员在新斯科舍半岛近海的海底之下进行钻探，从深达300米处获取了沉积岩芯。这些分层沉积物历经数百万年缓慢形成，详尽记录了地球的过往历史。

解读地球远古磁场

身为古地磁学家，山本与利珀特的工作便是“测量这些岩芯中所保存的磁化方向与强度，”利珀特说道，“我们尚不清楚是什么引发了磁极反转。每次磁极反转所持续的时间不尽相同，因此造就了这独一无二的条形码。我们可以利用沉积物中保存的磁方向，并将其与地质时间尺度进行关联。”

这些沉积物携带着可靠的磁信号，这些信号被远古微生物产生的微小磁铁矿晶体以及来自大陆的尘埃和侵蚀物所锁定。如同指南针一般，它们所指的方向揭示了沉积物沉积时地球的磁极方向。

其中一层厚度达8米，令科学家们大为惊讶，它似乎极为详尽地记录了长期的地磁逆转现象。

利珀特表示：“玉木（Yuhji）在值班时查看部分数据时注意到，始新世的这一部分地层，某一方向的磁极稳定性极高，而另一方向的磁极稳定性也同样极高。”“但两者之间的过渡区间——即磁极转向另一方向时的不稳定区间——却延伸了数十厘米之长。”

捕捉慢动作翻转瞬间

他们意识到这绝非寻常的地层翻转现象，于是以极小的间隔（仅相隔数厘米）采集了额外的样本，以期高分辨率地还原沉积物的历史变迁。

为达成这一研究目标，并验证这种奇特的磁性表现是源于磁场变化还是沉积物变化，利珀特（Lippert）及其团队在随后数年对这些岩芯展开了深入分析。他们证实，这些岩芯记录了磁场的变化，并据此为两次地磁反转构建了高精度时间线：一次持续了1.8万年，另一次则长达7万年。

研究显示，尽管这一发现令人意外，但或许也在情理之中。地球地磁发电机（位于旋转的外核，能产生维持磁场的电流）的计算机模型曾显示，地磁反转的持续时间各不相同，多为短期反转，但偶尔也会出现长期、缓慢的过渡，有些过渡期甚至长达13万年。

换句话说，地球的地磁场或许一直存在这种不可预测的特性，但直到现在，科学家们才从岩石中捕捉到这一迹象。

参考文献：山本裕二（Yuhji Yamamoto）、斯拉赫·布利拉（Slah Boulila）、高桥富士（Futoshi Takahashi）和彼得·C·利珀特（Peter C. Lippert）所著《始新世地磁极性反转持续时间极长》，发表于2026年1月20日《通讯-地球与环境》期刊。DOI：10.1038/s43247-026-03205-8

资助方：日本海洋地球科技研究机构、日本科学促进会