千年前非洲民族的祈福儀式,意外成今日觀測地磁場翻轉重要線索

作者 | 發布日期 2018 年 03 月 09 日 17:12 | 分類 環境科學 , 自然科學 follow us in feedly

千年之前,在南非林波波河流域附近生活的班圖人若逢乾旱會舉行祈福儀式,透過燒毀黏土房屋與穀倉來祈求天降甘霖。他們不知道的是,黏土高溫燃燒之下意外保存了當時的地磁紀錄,並成為千年後科學家觀測磁場翻轉的一大重要線索。



我們知道自 1840 年代以來,科學家開始注意到地球磁場變得越來越弱,其中一塊稱為南大西洋異常(South Atlantic Anomaly,縮寫 SAA)的地區,範圍從南美智利跨越到南非辛巴威,是整個地球磁場最薄弱的地方,所有衛星進入該領域都很危險,因為未經磁場過濾的高能輻射可能嚴重擾亂衛星電子儀器。

不論衛星、電線、洋流還是動物遷徙,都依賴地球磁場的穩定性,磁場包圍地球形成防護罩,在很大程度上偏轉掉太陽風和有害宇宙射線,但現代人也因為未經歷過磁場翻轉歷史,而將這種穩定性視為理所當然。

恰好在南大西洋異常邊界處有條位在南非的林波波河(Limpopo River),千年之前,班圖人於此有燒毀黏土房屋的特殊文化,沒想到意外成為千年後科學家解謎地磁場變化的重要線索。

雖然現代人眼中這可能迷信成分居多,但古代班圖人遇上乾旱季節時會舉辦某種神聖祈福儀式,選擇燒毀自己的黏土房屋與穀倉來祈求度過乾旱,燃燒溫度可能高達 980℃。當黏土高溫燃燒時,實際上卻穩定了內部的磁性礦物質成分,冷卻後就會鎖住當時的地磁紀錄。

也因為這些古代非洲文物無心的記錄,意外幫助當今地質學家更了解地球磁極翻轉的方式和原因,甚至可能有助於預測下次何時翻轉。研究人員發現,在公元 400~450 年、700~750 年、1225~1550 年 3 個期間,南大西洋異常的擾動情形都與今日類似,代表南大西洋異常並非偶然事件,而是歷史反覆趨勢之一;更重要的是,這種異常極可能和地球磁極偏移有關。

而紐約羅徹斯特大學地球物理學家、新論文合著者 John Tarduno 更進一步指出,現在科學家已得到有力證據表明,位於非洲底下的大型低剪力波速群(Large Low Shear Velocity Province,縮寫 LLSVP)區域,可能是對全球磁場產生重大影響的關鍵。研究發表在《 Geophysical Research Letters》期刊。

▲ 大型低剪力波速群成像。(Source:By Sanne.cottaar (Own work) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons

南非底下約 2,900 公里處(1,800 英里)正好有大型低剪力波速群,位於地核(外核)至地函邊界處,是剪力波(即 S 波)密集區,科學家透過震波層析成像術(Seismic tomography)技術模擬對其成像。就像溪流中的岩石可能導致漩渦發生,大型低剪力波速群也可能促使外核以不尋常的方式循環,驅逐核心磁力線(line of magnetic field)並稀釋上方磁場。

由於大型低剪力波速群已存在 1 億多年,一些科學家開始指出這區域就是磁極逆轉的關鍵,被干擾的磁力線場可能產生與地球整體相反的區域性磁場,繼而引發翻轉。雖然要直言該區域就是導致磁極逆轉的元兇還為時過早,但至少現在,科學家已經知道了南大西洋異常不是偶發事件。

(首圖為林波波河流域,來源:By TSGT CARY HUMPHRIES [Public domain], via Wikimedia Commons