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海洋磁场 -海洋磁场如何造福人类生活

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李园洁

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海洋磁异常记录的过去11 Ma地球磁场古强度的连续变化

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地磁场是地球的保护伞,阻止了太阳风和宇宙高能粒子袭击地球。因此,地磁场的强度和方向变化规律及机制,一直是最前沿的科学问题。之前,人们对地磁场强度变化的认识主要依赖沉积物记录。长时间尺度的记录需要非常厚的沉积序列,受此限制,目前科学家只构建出了8 百万以来的强度变化特征。沉积物记录有复杂性和多解性,我们急需独立的记录来验证这些特征,同时,我们需要进一步拓延地磁场强度变化时序。

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除了沉积物,从大洋中脊下喷出大量玄武岩形成洋壳。这些洋壳也是能记录地磁场信息的良好介质。基于新的算法与严格的数据检验,南方科技大学海洋科学与工程系海洋磁学(CM2)团队通过对洋壳上观测到的海洋磁异常数据的处理和分析,构建出目前最长的(11百万年以来)连续的球磁场强度变化曲线。

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图1 三个研究区域的位置图。图中红色阴影表示0-11 Ma的洋壳分布,黑线表示每个区域挑选出来的磁异常剖面。

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研究区域位于太平洋和印度洋三个快速扩张洋脊 (图1)。首先对磁异常剖面进行误差分析,提高信噪比;然后通过信号分析处理,去掉地表地形和纬度不均一等的影响;接着确定剖面上倒转边界的位置和年龄框架;最后通过不同区域的数据叠加,削弱了局部磁异常的影响,最终获得了不同区域的三条综合磁异常曲线 (图2)。

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图2 三条磁异常叠加剖面(红色),南大西洋的磁异常记录(蓝色)和沉积物得到相对强度转换成绝对强度(绿点)以及模拟磁异常曲线(绿线)的比较。

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研究结果显示,地磁场强度除了具有大尺度变化特征外,还额外叠加了很多20-40万年的短波长异常,标记为B、M、G、C系列。通过将这三条磁异常剖面与其它方法获得的数据进行比较,发现不同方法得出的短波长变化规律非常一致 (图2),验证这些特征的可靠性,证实这些短波长异常反映的是地球磁场古强度的波动。

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CM2团队构建的11 百万年以来地磁场强度的波动特征,反映出地磁场的长时序不稳定性,为地磁场变化提供了重要依据。此外,这些特征还可为长时间尺度沉积物记录提供年代学参考。

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该成果发表于Geophysical Research Letters上。Li, Y., Liu, J., & Liu, Q. (2021). Geomagnetic Field Paleointensity Spanning the Past 11 Myr from Marine Magnetic Anomalies in theSouthern Hemisphere. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL093235.https://doi.org/10.1029/2021GL093235 。以上研究得到了国家自然科学基金(41704068,41874078 和 U1606401)、国家重点研发计划(2016YFA061903)与深圳市科创委(KQTD20170810111725321)的支持。

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第一作者简介

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李园洁,南方科技大学海洋科学与工程系,主要研究方向:海洋古地磁、海洋磁异常。

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图文编辑:刘伟     审核:刘伟、王敦繁

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南方科技大学海洋磁学中心

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