地磁极性转向年表

地质时期地磁场正、反向磁极持续和转换的时间表

地质时期地磁场正、反向磁极持续和转换的时间表。早期主要根据正、反向磁化的熔岩标本的同位素年代测定获得。近年来根据海底扩张说和瓦因-马修斯关于条带状磁异常的解释模型,已将地磁极性转向年表(以下简称地磁年表)延展到1.6亿年前。将所研究的沉积层或岩层的剩余磁化方向序列，与地磁年表相对比可用来确定沉积层或岩层的年龄。

内容简介

根据熔岩测定建立的地磁年表20世纪50年代，古地磁研究结果表明，岩石中约有一半是正向磁化，另一半为反向磁化，提示地球磁场曾经反复转向，即磁北极变为磁南极，磁南极变为磁北极。美国A.V.考克斯、R.R.多尔和G.B.达尔林普尔等，从世界各大陆采集熔岩标本，用同位素方法测定正、反向磁化的标本的年龄，于1963年发表最早的地磁极性转向年表。此后随着工作的不断深入，大多数地质学家和地球物理学家已相信地磁场的周期性转向是地球历史的一个基本特征。

根据陆上熔岩测定建立的地磁年表仅限于 450万年以来的年表(图1),它可分出4个主要极性期:布容正向期、松山反向期、高斯正向期和吉尔伯特反向期，每期中还有极性转向的短期事件。对于古老的岩石，由于同位素年龄测定的误差超过极性转向期或转向事件的时间间隔，所以此方法还不能建立比450万年更老的地磁年表。根据深海沉积物磁性建立的年表火山喷发具有间歇性，喷出的熔岩很难恰好在一种极性转向到另一种极性时被磁化。可是，深海沉积物经常是连续沉积，沉积物中所含的铁磁性矿物颗粒就在连续的沉积过程中受到磁化。这样，深海沉积物便提供了连续的地球磁场的历史记录，从中可以判断出一种极性到另一种极性的转变。1964年C.G.A.哈里森和B.M.芬内尔首先发现沉积物反向磁化的现象。1966年美国N.D.奥普代克和T.H.福斯特等查明北太平洋和大西洋的许多沉积岩心都具有正反向磁化层相互交替的完整顺序，把这些磁化顺序与地磁年表相互比较，可以进一步完善原有的年表。据此还可以确定深海沉积层的年龄。

晚中生代以来的地磁年表的建立由图1可知，陆上熔岩测出的地磁年表只回溯到400多万年前,在这期间所形成的磁异常条带只限于大洋中脊轴部附近几十到几百公里的范围。但有些海域条带状磁异常的宽度达数千公里。如果海底扩张的速率是恒定的，则根据 400多万年的地磁极性转向年表可以将年表外推到条带状磁异常存在的整个范围，从而突破同位素测定岩石年龄所受到的限制。外推年表所采用的扩张速率是根据已知的近 400多万年的地磁年表与相应磁异常的宽度相对比计算出来的。根据远离脊轴的条带状磁异常的宽度，结合扩张速率可以确定相应极性间隔的时间，从而将地磁年表外推到中生代（1.6亿年）。

深海钻探为海底年龄和扩张速率提供了更多的资料，也使地磁年表得以不断完善。1977年J.L.拉布雷克等对晚白垩世和新生代的地磁年表作了改进，并和深海钻探所得到的生物地层年代对比,其结果是一致的（图2）。1975年R.L.拉尔森和T.W.C.希尔德改进了晚侏罗世至早白垩世的地磁极性转向年表(图3)。由年表可见，大约16000～11000万年前,是地磁场频繁倒转时期,有关磁异常编号之前冠以M字；大约11000～8000万年前,是近3000万年的漫长正极性期，在此期间无条带状磁异常生成，形成磁静带；近8000万年来，又是地磁场频繁倒转时期。研究意义根据地磁极性转向年表和瓦因—马修斯的理论模式，再根据海底玄武岩块体的厚度和磁性，可计算出理论磁异常曲线，将理论曲线与观测曲线对比可以确定条带状磁异常的年龄，进而推断出大洋地壳生成的年龄及其演化历史。把深海地层的古生物年龄、同位素年龄和利用地磁年表得出的古地磁年龄三者相互对比，将有助于新生代的地质年代表和大洋地层学的研究。

概念解释

地磁极性转向年表也称地磁极性年表，是不同地质时期地磁场正、反磁极相互转化的优势时间间隔，按时间先后顺序排列起来所建立的地磁年表。

地球磁场极性反转涉及到地球磁场的起因问题，这是一个始终令科学家们着迷的问题，爱因斯坦当年就把这个问题归为物理学领域尚未解决的重大问题之一。目前，对这一问题最为令人满意的答案是——地球内部的对流运动驱动着地核内的“磁发电机”原理。这一原理是地球物理学家们借助超级计算机，通过对已经公布的80万年以来的地球磁场变化数据，采用三维地球发电机的数学模拟（G．A．Glatzmaier&P．H．Roberts，1995），结合内地核差速旋转的地震观测（宋晓东等，1996）来证明的。他们发现，内地核比外地核及地幔的旋转速度更快，这就像发电机那样，通过转动产生电荷。实际上，内核差速旋转正是导体内核与外核产生的磁场电磁耦合的结果。此外，地球磁场的数学模拟还导出一个引人注目的结果，这就是在模拟到3×104a后地磁场发生了反转，而实际地磁场每隔几十万年到几千万年则发生反转。对此，科学家们还指出，近150年来地球磁场强度一直在不断地减弱，以至于有人估计，地球磁场的又一次反向已经开始。

地磁场的极性反转就必然导致岩石的反向磁化。岩石中保留的原生剩余磁性方向就是岩石形成时的地磁场方向。大量磁力测定的结果表明，晚近时期的岩石层中约有1/2是正向磁化的，另外1/2是反向磁化的，表明地球极性反转即磁北极转变为磁南极，磁南极转变为磁北极是反复发生的。这种反复发生的事件具有同时性和全球性的特点，也就是说，磁性转向是遍及全球的，并不受区域和环境的制约。因此，目前的磁力测量不仅已成为不同海区、不同岩层及其沉积相的重要对比标志，而且已成为地磁极性年代及海洋地层划分对比的重要依据。

2．陆上新熔岩的地磁极性年表 20世纪50年代，美国学者考克斯（A．V．Cox）等人从世界各大陆采集新熔岩标本用当时刚问世不久的钾—氩年龄法测定正、反向磁化标本的年龄，并于1963年发表了最早的地磁极性倒转序列之后，于1969年又综合编制出了距今400万年以来的地磁极性年表（图4.5）。当时把数量级为106a的极性时间称为期（Epoch）①，以对古地磁学研究做出贡献的学者的名字来命名，如布容正向期、松山反向期，高斯正向期和吉尔伯特反向期。在期内，还有一些与该期为相反极性的短暂时间，称为事件（Event）②，它是以最早发现这种极性的岩石地点来命名的，例如，松山反向期中的奥杜威正向事件等。对于古老的岩石，由于同位素年龄测定的误差超过了期的时间间隔，所以此方法还不能建立比400万年更老的地磁年表。

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