古老的磁力和翻转磁场

如果你把一种具有潜在磁性的材料放在高温下，在磁场的作用下冷却，它仍然是磁化的。这也发生在地球上，当行星内部的熔融岩石在表面凝固时;当它们这样做时，它们捕捉到了它们形成时磁场的快照，这就是我们如何知道地球磁场在过去翻转的原因。克里斯·史密斯采访了在剑桥大学研究这一问题的理查德·哈里森。首先，克里斯问理查德他是如何解读他所研究的岩石中的特征的……

理查德:嗯，首先你得收集一些样本。研究这些古代磁信号的古地磁学家会带着一种类似于电锯的东西进入磁场，在岩石上钻孔，提取出一个有方向的地核——我们确切地知道它是从地球上取下来的——把它带回实验室。

然后你必须测量它的磁化强度，所以我们有非常灵敏的磁力计，通常被称为SQUID磁力计，即超导量子干涉装置。他们能够探测到这些东西的弱磁化。我们把它放在一个被称为屏蔽的房间里所以我们想要测量在没有地球磁场的情况下的磁化强度。所以我们建造了这些屏蔽的房间;它们是金属衬里的大型木结构，有点像磁性的法拉第笼。它屏蔽了地球磁场，所以我们可以在零磁场环境下测量它，看看那块岩石的磁记忆是什么。

克里斯-这能告诉你磁场有多强吗因为磁场是另一个重要的组成部分，不是吗?不仅是它指向的方向，还有它的大小?

理查德:是的。我们从这些岩石中得到了两条基本信息。我们可以知道岩石在地表喷发和冷却时磁场的方向，但我们也可以知道磁场的强度。我们可以通过观察不同年代的岩石来追溯这两件事。

克里斯:我们进来的时候，你给了我一个非常好的样品——这个小晶体和一个非常强的磁铁。

理查德:哦，是的。

克里斯-那是什么意思?

理查德:好的。这首先说明了为什么岩石具有磁性。它们是磁性的，因为它们含有一小部分被称为磁铁矿的矿物。

克里斯-就是这个黑色水晶?

理查德:是的。所以你手里拿着的是一个漂亮的磁铁矿八面体，它是氧化铁，你会发现如果你把它靠近那个小条形磁铁它会强烈地吸引它。

克里斯:所以这基本上是一块石头，我要把它靠近磁铁，它就从我的手上跳下来，粘在了磁铁上。所以基本上，当你做实验的时候，你是在记录写在矿物质上的微小特征，就像你做的那个一样?

理查德:没错。磁铁矿是非常好的磁铁，如果粒子足够小的话。对于颗粒大小来说，这是一个“适居带”所以你手里拿着的那块是毫米大小的，那就太大了，它没有很好的记忆力。但如果我们把这些粒子缩小到几百纳米，它们就会变成极好的磁铁，对地球磁场有很好的记忆。

通过研究这些特征，你对地球的地质、磁场的演变和地球表面的演变有什么了解?

理查德:嗯，古地磁测量在我们发现地球如何运转的过程中绝对是至关重要的。板块构造理论是通过研究海底的磁信号而产生的。通过对磁记忆的研究可以证明海洋在扩张大陆在漂移。

克里斯:为什么是海底?为什么这很重要?

理查德-在第二次世界大战期间，人们详细地绘制了海底磁力图。他们想要探测潜艇，所以他们需要绘制海底磁力图。他们发现这些磁条与火山脊平行一直延伸到海洋中心。磁条在脊的两侧是对称的，随着时间的推移，它们追踪的是地球磁场的随机翻转，北极和南极互换。

克里斯:它们在山脊两侧是对称的，因为海底在那里形成，然后移开吗?

理查德:是的。

克里斯-如果它与海脊平行那是因为海底同时在海脊的两边形成所以它在那个时刻继承了相同的场?

理查德:没错。所以当洋脊中心的新海洋地壳冷却时，磁性就会被记录下来，这就会产生今天的磁场，然后它被推到两边。然后在地球磁场翻转之后你会在脊的中心得到一个不同的方向。因此，这种磁化模式对于确定大陆漂移的真实性至关重要，并最终导致了板块构造的革命。

我们能不能用同样的方法，不仅从地球上采集样本，还从其他行星上采集样本?例如，我们有来自火星的陨石。我们有月球岩石的样本。我们可以看看它们的磁场吗?

理查德:当然!我们在剑桥做的很多工作都是研究外星物质。所以这可以通过研究陨石来实现，我们可以研究太阳系早期小行星产生的磁场。我们在阿波罗登月任务中研究了磁力我们从月球带回了岩石。

克里斯:月球确实有磁场，不是吗?

理查德:现在没有了，但40亿年前有过。在它形成的早期，是的。

克里斯-那钱去哪了?为什么月亮没有了?

理查德:嗯，月球的地核非常小。就像火星的情况一样，地核必须有合适的条件才能产生磁场。当你有一个小的身体快速冷却时，发电机往往会在某个时候关闭。

Chris -你之前提到过场翻转之类的。人们通常对此很好奇。这种情况在过去发生过很多次吗?下一次会发生在什么时候?我们应该担心吗?

理查德-我们不应该担心。地球磁场在过去已经翻转了很多次。它平均每百万年翻转三到五次。上一次逆转发生在78万年前。生命在所有这些逆转中都坚持了下来，所以地球磁场翻转似乎没有造成任何重大危险的影响。你会注意到的最主要的事情是，手机信号会在翻盖时变差。