在過去1億5000萬年間，地球的磁極以不同頻率反轉了數百次。科學家經由研究磁性礦物而發現這些反轉事件。當岩石受熱，其中的磁性礦物會順應地球磁場而排列，因此礦物能保存岩石冷卻時的地磁方向。

其他研究團隊分析了磁場衛星和厄斯特衛星觀測的分佈圖，發現可能引發磁極反轉的變動跡象。余洛（Gauthier Hulot）和他在法國巴黎地球物理研究院的同事注意到，地球磁場的持續變異，是來自地核–地函交界面上某些磁通量方向與整個半球相反的區域。這些所謂的反向通量斑塊（reversed flux patch）中，最大的一塊由非洲南端下向西延伸至南美洲南端下方。在這個斑塊裡，磁通量向內進入地核，然而南半球大部份磁通量是指向外的。

斑塊的產生
研究人員比較了最近由厄斯特衛星觀測到的磁場以及1980年的觀測結果。所得到最重要的結論之一，是新的斑塊持續在北美東岸及南極等地區下的地核–地函交界處形成。更重要的是，較老的斑塊面積擴大了且略向兩極方向靠近。1980年代晚期，英國里茲大學的加賓斯（David Gubbins）研究較老舊、粗略的磁場圖，發現反向通量斑塊的增加、擴張和往兩極移動，可解釋磁偶極隨時間減弱的情形。

這些觀測結果可以利用磁力線的概念解釋（實際上，磁場在空間中是連續的）。我們可以想像，這些磁力線「凍結」在液態鐵核中而隨之運動，就像是在水杯中的顏料線條被攪動時的樣子。在地核中由於科氏力效應，流體中的渦流將磁力線扭結成團，看起來就像一團團的義大利麵條。這樣的糾結把更多的磁力線壓縮在地核內，因而增加了磁場的能量。（如果這個過程不受抑制的話，磁場會無限制的增強。但是電阻會減弱、緩和磁力線的扭轉，適當阻止了磁場無限制的增強，但又不會破壞地球發電機的運作。）

具有強大磁通量的斑塊，不論方向是正是反，都是渦旋與地核內部的東–西向環狀磁場交互作用時，在地核–地函交界面上所形成。這些亂流般的流體運動可以把環狀的磁力線彎曲、扭轉成小圈，形成極向磁場（poloidal field），方向為南–北指向。有時這種扭曲是由湧升流裡上升的流體造成的。如果湧升流夠強，極向磁場環圈的頂端會被排出到地核之外。這樣的過程會使小圈的兩端穿過地核–地函交界處，產生一對通量斑塊。斑塊之一具有正常方向的磁通量（與該半球整體的偶極方向相同）；另一個斑塊的通量方向則是相反的。

如果扭曲所造成的反向通量斑塊，比正常通量的斑塊更靠近地理極點，則會使磁偶極減弱，因為磁偶極對於在極點附近的變化最敏感。這確實說明了目前位在非洲南端下的反向通量斑塊。如果整個行星的磁極要真的反轉，反向通量斑塊需擴大到涵蓋整個極區；同時，另一個地理極點附近也會發生類似的區域極性全面變化。

利用超級電腦模擬
為了進一步深究反向通量斑塊如何發展，以及它們如何預示下一次的磁極反轉，研究人員在超級電腦上和實驗室內模擬地球發電機。現代地球發電機的電腦模擬始於1995年，有三個研究團隊：日本東京大學的陰山（Akira Kageyama）及其同事、美國加州大學洛杉磯分校的羅伯茲（Paul h. Roberts）與格拉茲麥爾（作者之一），以及英國艾克斯特大學的瓊斯（Christopher A. Jones）及同事，這些團隊各自發展數值模擬，能夠產生類似在地表觀測到的磁場。自此之後，針對長達數十萬年的模擬運算，結果顯示對流確實能造成地核–地函交界面上的反向通量斑塊，就像在人造衛星圖像上見到的一般。這些斑塊往往在磁偶極的自發性反轉前出現，而有些模擬也能產生磁偶極反轉的現象。

【意猶未盡嗎？欲閱讀完整全文，請參閱科學人2005年5月號〈地球磁場即將反轉？〉】

來自 http://www.sciam.com.tw/read/reads...670&DocNo=1074