科学家发现，两个神秘的巨大石块塑造了地球的磁场

地球的磁场保护着我们免受致命的宇宙辐射，让生命得以在这颗蓝色星球上繁衍。但很少有人知道，这个看不见的保护伞能够维持数亿年，竟然要归功于两块深埋地下 3000 公里的神秘岩石团块。

利物浦大学地质学家安德鲁・比金领导的研究团队在《自然地球科学》杂志发表论文，揭示了这两个大陆级规模的超热岩石结构如何塑造地球磁场。这些被科学家昵称为 “团块” 的巨型结构，分别位于非洲和太平洋下方的下地幔底部，温度比周围岩石高出数百度。

没有它们，地球可能早已像火星和金星一样成为 “磁性死亡” 的行星。比金在《对话》杂志的评论文章中直言不讳地指出，这些团块产生的巨大温度梯度，维持着地球外核液态铁镍的对流运动，而这正是地球磁场的发电机。

从火山岩中读取的秘密

这项发现源于对古老岩石的细致研究。当岩浆冷却凝固成火成岩时，其中的磁性矿物会像指南针一样记录下当时地球磁场的方向和强度。这些岩石成为了地球磁场历史的 “时间胶囊”。

比金团队在分析可追溯到 2.5 亿年前的岩石样本时，注意到一个引人注目的规律。这些岩石记录的磁场方向与其形成地点的经纬度存在强烈关联，这种模式在全球范围内一致出现。

与此同时，地震学家近几十年通过地震波分析逐渐确认了这两个巨型团块的存在。地震波在穿过不同密度和温度的物质时会改变速度，科学家正是通过这种方式 “看到” 了地球内部的结构。

这些团块并非静止不动。它们与地幔的热力学相互作用极其复杂，被认为与地表火山活动密切相关。夏威夷、冰岛等热点火山的岩浆，可能正是从这些深部结构上方涌出。

研究团队提出了一个大胆假设：如果这些团块影响着地幔的热对流模式，它们是否也在塑造地球磁场的分布和演化？

计算机模拟揭开谜底

一张显示地球内部结构的示意图。图片来源：美国地质调查局

为了验证这个想法，团队开发了高度复杂的计算机模拟程序。他们将地核、地幔和团块的不同热分布参数输入模型，然后观察模拟出的磁场分布图是否与实际观测相符。

经过反复试验，只有当模型中包含这些热团块，并且假设它们与外核之间存在剧烈的热量交换时，模拟的磁场地图才能准确重现地球真实的磁场特征。这不是巧合，而是这些团块确实在发挥关键作用的有力证据。

更令人惊讶的是，团队发现这些团块不仅影响磁场的分布，还显著增强了磁场的稳定性。某些磁场区域能够保持数亿年相对稳定，这种长期稳定性在太阳系其他行星上极为罕见。

比金解释说，这些炽热的团块就像两个巨大的隔热层，阻止了外核液态金属的热量向上流失。如果没有这种隔热效应，外核流体会因热量散失而收缩下沉，扰乱原本稳定的对流模式，最终导致磁场减弱甚至消失。

这个机制可以用一个简单比喻来理解：想象地球内部是一锅沸腾的水，而这两个团块就像锅底特定位置的两块厚实的垫子，改变了热量的传递路径，从而影响了整个锅中水的流动模式。

磁场与生命的纽带

地球磁场的重要性怎么强调都不为过。这个延伸到太空数万公里的隐形护盾，偏转着来自太阳的高能带电粒子流，也就是太阳风。如果没有磁场保护，这些粒子会直接轰击地表，破坏臭氧层，让地球暴露在致命的紫外线和宇宙射线之下。

火星就是一个警示性的例子。这颗红色星球在数十亿年前曾经拥有磁场和浓厚大气层，甚至可能存在液态水海洋。但当其内部冷却，磁场消失后，太阳风逐渐剥离了火星大气，将其变成今天干燥荒凉的模样。

金星的情况同样悲观。尽管体积与地球相近，金星几乎完全没有磁场，表面温度高达 470 摄氏度，大气压是地球的 90 倍，完全不适合生命存在。

地球之所以避免了这种命运，部分要归功于这两个神秘的深部团块。它们维持着地核的热对流，让地球这台古老的 “发电机” 持续运转了数十亿年。

未解之谜依然存在

尽管取得了重要进展，这些团块的真实身份和起源仍然笼罩在迷雾中。它们到底是由什么物质构成？是富含铁的岩石，还是某种特殊的矿物组合？

一些科学家推测，这些团块可能是地球形成早期，大量陨石撞击产生的古老地壳物质沉降堆积的结果。另一种理论认为，它们可能与 45 亿年前一颗火星大小的天体撞击地球，形成月球的事件有关。

它们的形态也充满疑问。目前的地震波数据只能勾勒出大致轮廓，无法提供精细结构。这些团块是均匀的固体，还是包含复杂的内部层次？它们的边界是清晰的，还是逐渐过渡的？

更深层的问题在于它们的演化。这些团块是稳定存在数十亿年，还是在地质时间尺度上缓慢移动甚至改变形状？如果它们发生变化，会对地球磁场产生什么影响？

比金团队的研究为这些问题提供了新的研究方向。通过结合古地磁学、地震学和计算机模拟，科学家们正在逐步拼凑出地球深部的完整图景。

正如比金所说，尽管人类已经能够探测遥远星系，但对于脚下这颗星球的深处，我们才刚刚触及表面。这两个巨型团块的发现提醒我们，地球内部仍藏着无数秘密，等待被揭示。而每一个新发现，都让我们更加理解这颗蓝色星球为何如此特殊，以及生命为何能在这里繁荣昌盛。