4．3 地磁场反转与大陆漂移

    现在地球磁场的强度约为M=8×1025cgs（高斯）电磁单位。这一磁矩的大小每100年间约减少5％。按此趋势，在2000年后，地球的磁矩应变为零。在地球的磁场中，像这样存在着以数千年时间为周期的变化称为长期变化。向西漂移就是一种长期变化。与它们相反，前述地球的昼夜变化、磁暴等现象，都是短期变化。磁场的存在会导致岩石发生磁化，而磁场的变化会在磁化的岩石中留下记录。岩石磁化的方式则随岩浆岩、变质岩、沉积岩等岩石类型的不同而异。比如，熔岩从地下喷出时的温度是在磁性物质的居里点以上，然后在熔岩冷却的过程中，磁性矿物沿着当时当地的磁场方向被磁化。这种当岩石冷却时所获得的磁性，称为热剩磁。一般情况热剩磁是稳定的，在此后即使岩石所在地的外部磁场发生变化，也不会使热剩磁发生变化。沉积岩中的颗粒在已经磁化的情况下，在沉积过程中，也会沿着当地存在的磁场方向平行排列，形成沉积岩中的剩磁。此外如砂岩中的磁性矿物以化学方式析出，后者的磁性也会具有和当地磁场平行的性质。

    由于具有不同的剩磁特征，岩石成为研究古磁场的特殊“化石”。从对岩石的磁性、特别是对它们剩磁方向的研究，可以弄清楚岩石磁化时在地球上的位置。所以将依据岩石磁性来研究地史时期地磁场的状态、磁极变化和大陆漂移的学科，称为古地磁学。在古地磁学中假定，无论在什么地质时代，地球的磁场都是偶极子型磁场。并且磁偶极子的轴与地球自转轴向一致，虽然现代的地磁场不完全是磁偶极子型磁场，地磁极与地理极的位置也有所偏移，但从最近几十万年间的古地磁学资料所确定的各时代的磁极位置来看，它们均散布在现代地球自转极的周围，这表明地磁极与自转极之间在很大程度上应当是一致的。

    古地磁研究在板块构造理论的兴起和确定过程中，起了十分关键的佐证作用。在地磁极与地球自转极性一致的前提下，某地的磁倾角I可以由该点的纬度角来确定。两者之间的关系为

tgI=2tgθ （3-5）

    如果大陆是固定不动的，从各大陆的古地磁学资料中就可以确定，地球自转极随着时间流逝而发生的移动。理论上自转极移动曲线只可能有一条，因此无论在哪个大陆上，所确定的地球自转极移动的曲线都应该一致。但实际上，不仅每个现代大陆计算的结果大不相同，同一大陆内部的不同地区也有明显的差异，这只能是因为各大陆曾发生过不同程度、不同方向的聚散和漂移所致（见第五章图5-4）。

    地磁极不仅曾发生过漂移，还出现过反转——即南、北极互相颠倒的现象。在距今大约70×104年前的第四纪，地磁场的方向和现在完全相同，这一时期称作地磁场的布容正向期。但在第四纪更早的时代，通过对岩石磁法研究的结果，其磁化方向多数与现代地磁场的方向相反，因此称其为松山反向期。正向期和反向期在地球历史上交替出现，表明地史时期中曾有过多次地磁场反转事件。图3-16中记载了距今400万年以来的多次地磁场反向事件。对从距今8000万年以来的古地磁学研究发现，地磁场的反转大约平均每40万年就要发生一次，当然并不存在严格的固定周期。

    地磁场反转的机制也可以用双盘发电机产生的偶极子型磁场进行解释。在由磁场产生电流的过程中，偶极子场一面保持同一方向，一面慢慢地减弱，直到偶极子的磁矩减少为零，随之产生反向的偶极子磁场。理论计算表明，地球磁场由一个方向变为另一种方向所需的时间大约为1万年左右。并且，可以用J／J0值——即岩浆岩的天然剩余磁化强度与岩石在现代地磁场中的热剩余磁化强度比值——来推算过去地磁场的强度。研究结果表明，在2000年前的古地磁场强度约为现代的 1.5倍，此后磁场强度以每100年5％的比率单调地减小，并且还将在今后一段时间内持续下去。