4万年古树记录地球磁场巨变

《中国科学报》 2021-02-23 15:45:05

新西兰一棵42000年历史的贝壳杉中的放射性碳有助于揭示地球上一次磁场巨变。图片来源:JONATHAN PALMER

几年前,新西兰一家发电厂破土动工,工人们发掘出了一段遗失的时间记录:一棵重60吨的树干。这一树干来自贝壳杉,后者是新西兰最大的树种。这棵有42000年历史的贝壳杉保存在沼泽中,记录了地球被颠倒的动荡时期——至少从磁性上说是这样。

日前,科学家在《科学》上报告说,随着地球保护性磁场减弱和两极翻转,该树干和其他几块木头上的放射性碳含量激增。通过模拟这种辐射对大气的影响,研究小组认为,地球的气候发生了短暂变化,可能导致澳大利亚大型哺乳动物和欧洲尼安德特人的消失。

“对于地磁变化,我们只知皮毛。”论文主要作者之一、南澳大利亚博物馆古DNA研究员Alan Cooper说。

“这项研究不仅详细确定了地球历史上最近一次磁交换的时间和强度,同时首次提出可信(尽管是推测性的)证据,表明这些翻转会影响全球气候。”法国欧洲环境地球科学研究与教学中心古人类学家Quentin Simon说。

但一些古气候科学家对该小组扩展的结论持怀疑态度,称其他记录几乎没有发现气候动荡的痕迹。

地球磁场是由外核的熔铁流动产生的,后者很容易产生混乱的摆动,这不仅会削弱磁场,还会导致磁极漂移甚至完全翻转。岩石中矿物的磁性记录了长期的倒转,但无法捕捉到持续数百年的翻转细节。

但是,放射性碳14可以标记较短时间的波动。当宇宙射线(来自外层空间的带电粒子)滑过磁场并撞击大气层时,会产生同位素。它被生物所吸收,其特定半衰期使其成为标准时钟。该小组使用放射性碳对贝壳杉进行了测年,通过测量年轮中碳14的细微变化,追踪了随着磁场减弱和激增而产生的变化情况。

放射性碳的峰值表明,磁场强度在41500年前减弱到现在的6%左右。那个阶段磁极翻转,然后在500年后又翻转回来。Cooper注意到,不仅是地球的宇宙射线屏障被摧毁了,太阳也一样。来自冰芯的证据表明,大约在同一时间,太阳经历了几次“极小期”,即低磁期。Cooper说,由此产生的宇宙射线使大气层带电,其带电程度足以破坏今天的电网,并在亚热带地区产生极光。

为了探究其后果,该团队运行了一个气候模型,表明宇宙射线的轰击会侵蚀臭氧层,减少其通常从紫外线中捕捉到的热量。团队成员、瑞士苏黎世联邦理工学院博士生Marina Friedel说,高海拔地区的降温可能会改变风的流动,这反过来会导致“剧烈变化”,包括一个更冷的北美和更暖的欧洲。

而这正是其他科学家认为这项研究过于“投机”之处。格陵兰岛和南极洲的冰芯跨越10万年,它们记录了每隔几千年的明显温度波动,但在42000年前它们没有变化。不过一些来自太平洋的记录显示了波动。

丹麦哥本哈根大学冰川学家Anders Svensson说,即使像Cooper及其同事说的那样,这种变化主要发生在热带地区,那它也应该在冰芯中被看到。“我们没有发现这一点。”

研究小组进一步指出,气候变化可以解释42000年前发生的一系列奇怪事件。最值得注意的是,澳大利亚的大型哺乳动物大约在那时灭绝了。尼安德特人从欧洲消失了,精致的洞穴绘画开始在欧洲和亚洲出现。

不过,英国牛津大学考古学家和放射性碳专家Thomas Higham说,人类进化史上的两个转折点都与42000年前的剧变不太一致,并且也都不是突然发生的。他说,“在我看来,将两者联系起来,似乎把证据推得太远了”。(文乐乐)

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