地球磁场正在不明原因地迅速减弱。在过去的160年中,磁场强度令人吃惊地减少了10%。那么磁场迅速减弱原因究竟是什么呢?笔者看法是温差增大导致了磁场减弱,换言之是地球暖化导致了地球磁场减弱。有地球地质资料证据表明,强地磁场对应地球的寒冷气候,如第四纪冰期;弱地磁场对应高温气候,如中生代的温暖期。
那么为何地球暖化、温差增加就会产生地磁减弱现象呢?地磁与气候两者之间到底存在着什么内在关联呢?按笔者看来,地磁产生来自于地表负电荷相对于地核正电荷的围绕地轴自转运动,按照安倍右手定则,正是地表负电荷自转运动、相对于地核正电荷而言的反自转运动方向决定了磁北极在地球南极;而地磁大小强度有赖于围绕地球旋转电荷的运动速度与电荷量多少,如果假设地表分布的正负电荷量及其比例是不变的,那么削弱地磁强度因素只能是围绕地球旋转电荷速度。行星自转速度越快,质量越大负载电荷量越多,则地磁强度越大,由此从地球历史长河来看,自转速度趋向减慢,地磁强度趋向减弱;如果假设覆盖于地球上空的常年西风就是推动地表负电荷电子旋转速度的有效主要动力,那么任何干扰这一平行于纬度方向的气流、受气流制约的海流直线速度,都可能减弱地表电子负电荷环绕速度;而地球气候温差增大、事实上也就增加了纬度差的温差,纬度温差又等于加快了地表气流和海流的环绕经线方向的冷热能量交换流动,于是地表径向气流、海流径向速度增强,无疑削弱降低了原有地球表面负电荷纬向环绕速度,从而导致地磁减弱、乃至磁性改变结果。是气温的不断上升,是昼夜、年际、纬度温差增加,扰乱阻碍了原来气流、海洋海流的自西往东的有序快速运动,从而减弱了地磁强度,这就是气候暖化导致地磁减弱的简单理论解释。
通过对1980年~2000年的地球磁场研究发现,地球磁场存在很大的地理差异:在亚洲、太平洋地区磁场变化较小,非洲、欧洲和大西洋的变化非常大,变化最大的地区是非洲南端,在这个地区的磁场极性与正常的极性刚好相反。南大西洋异常区,南大西洋辐射异常区是位于南美洲东侧南大西洋的地磁异常区域,较相邻近区域的磁场强度弱,约是同纬度正常区磁场强度的一半大小,故属负磁异常区。
如果地磁减弱可以从气候暖化对应的大气环流、和海洋环流的改变得到合理理论解释,那么面对上述客观现象,是否也可以采用不同区域产生不同环流、形成不同磁场现象同样得到合理解释呢?在此如果以海洋海流方向看作是负电荷流动方向,那么就可以很容易理解上述全球磁场变化区域分布原因。海洋作为覆盖全球71%表面积,作为海洋水表层携带负电荷,海洋洋流运动理所当然可以近似看成是决定全球电流主导方向。亚洲、太平洋地区磁场之所以变化较小,那是因为北半球冷暖海流主体上呈现逆时针旋转结果、北太平洋海流虽然大体上是一个自西往东海流环流,但它因中低纬度存在着顺时针海流旋转,抵消了地球整体逆时针旋转效果,所以这一区域地磁减弱变化是理所当然;北半球北大西洋两岸欧洲、北美洲尤其是北美洲为什么地磁减弱最为显著呢?因为北大西洋暖流是较直线性的沿岸北上,而北美洲又是众所周知全球暴风雪容易发生区域,气流径向环流与海流沿岸径向环流(北大西洋整体是暖流北上)客观上较大地阻挡抵消了原来地表海面负电荷纬向自西往东环绕速度,故北美洲,沿北大西洋欧洲成为了地磁变弱变化较大区域;为什么非洲南端的磁极与正常的极性相反呢?因为南半球海流固然整体表现为逆时针旋转与地球自转一致,而南半球南端海洋环流表现出更为显著反自转(由东往西)的順时针旋转,所以呈现出地表负电荷流动方向是反自转,而相对于正电荷流动方向就是自转方向,依据右手定则产生磁极就与地球磁极相反,这就是非洲南端磁极与正常磁极相反的原因。那么同是南半球南美洲的南端,为什么没有像非洲南端那样产生相反磁极呢?那是因为南美洲南端靠近南极圈,强大的南极圈寒冷洋流阻挡了南美洲东海岸暖流顺时针通过德雷克海峡,正是这一原因阻挡了海流順时针旋转,因而它没有产生相反磁极;又由于南美洲南端海洋环流逆时针旋转速度受到南美洲东海岸暖流的强大制约,它的洋流旋转速度比正常自转旋转速度慢,产生磁场相对较弱,故其磁场强度只是同纬度正常磁场强度一半。
北半球海洋环流之所以宏观上表现为逆时针旋转,那是因为太平洋北端白令海峡阻挡,阻扰了欧亚大陆东海岸暖流直接北上,从而使得北半球海洋暖流只能沿北大西洋北上北冰洋,再通过北冰洋海洋寒流通过白令海峡,向太平洋扩散,从而使得北半球太平洋寒流可以逆时针循环;而反观南半球海洋海流在强大中纬度西风推动下,宏观上海流作自西往东环流,但是自西往东海流在遇到非洲、南美洲陆地西海岸时必然受阻、因而如果假设西海岸暖流也是流向高纬度的话,那么必然受到自西往东海流的拦截冲击,于是它只能形成海洋寒流北上,而与此同时由于海流自西往东驱动力,使得东海岸暖流可以毫无阻力地长驱直入沿东海岸流向高纬度区域,而非洲、南美洲南端并没有像北半球白令海峡那样既绕道封闭又狭窄海峡阻挡,于是南半球东海岸海洋暖流则可以顺势沿东海岸南下,并围绕南端陆地由东往西与西海岸北上寒流形成闭合反自转环流,于是就自然形成了南半球非洲南端海洋环流局部的逆时针旋转。
地质历史上的地球地磁反转,很可能就就是因为海流环流方向的改变造成的:北半球北太平洋原来可能并不是现在这样的狭窄白令海峡,如果没有狭窄的白令海峡阻挡,那么在西风推动下,太平洋赤道低纬度海洋暖流就会在亚洲东海岸北上,北冰洋寒流则会沿欧洲西海岸南下;北大西洋暖流则会沿北美洲东海岸北上,北冰洋寒流则会沿北美洲西海岸南下,在北太平洋、北大西洋形成順时针旋转的闭合海洋环流。于是在地理北极产生磁场北极;而地球南半球如果南极大陆不是现在的位置,而是像澳大利亚那样,在靠近太平洋南端上,那么围绕南半球大陆的海洋环流就都应该是順时针旋转,形成的磁极都应该像非洲南端那样,与正常磁场磁极相反,正是地球地质不同历史阶段的演化,导致了不同时空的海陆分布不同,形成了不同旋转方向的海流环流,从而产生了不同磁极,产生了地质史上多次磁极反转。近70多万年地球磁场磁极之所以没有产生反转,可能就是因为北半球白令海峡海流阻挡的锁定和南极大陆位置南极锁定,而没有产生反转,而仅仅是磁场强度减弱。冰河世纪寒冷期之所以磁场强度比今天大,就是因为在那个气候环境下,温差小,气流、海流改向环流速度慢,干扰地球地表负电荷正常自转速度阻力小,所以那时地磁强度大。
如果以上理论成立,那么今后地磁强度只存在减弱风险,而没有地磁反转可能。人类曾经是气温暖化与地磁减弱的最大受益者,正是气温的暖化,成就了人类种植业飞速发展、尤其是成就了禾本科粮食作物正常成熟种植区域扩大发展,造就了禾本科粮食作物产量大幅上升,为人类聚居,人口密度数量大幅增加,为推动城市、城堡、人类文明进程,奠定了必备植物丰富食物来源的积温光照气候基础;而地磁的减弱又为人类神经活动能量释放、乃至大脑进化解放、思维敏捷快速,奠定了人类社会文化文明发展基础。从这个意义上说,相对于漫长人类发展史、人类仅仅具有几千年短暂文明发展历程绝非是偶然的。当然如何维护原有的生态平衡,保障现有的人类生存基础,保障防止原有的生态环境和气候环境恶化趋势,乃是人类发展面临严峻挑战。