然而，在很大程度上隐藏在日常生活之外，这片土地在变化，有盛有衰。磁北极目前正在向西伯利亚倾斜，这最近迫使作为现代导航基础的全球定位系统(Global Positioning System)更新其软件的时间比预期的要早，以应对这种转变。

每隔几十万年左右，磁场就会发生剧烈的变化和极性逆转:地磁北极移到地理南极，最终又移回来。这种逆转在地球历史上发生过无数次，但科学家对磁场逆转的原因和发生方式的理解有限。

威斯康星大学麦迪逊分校的地质学家布拉德·辛格和他的同事们的新研究发现，最近一次地磁逆转发生在大约77万年前，至少花了2.2万年才完成。这比之前认为的要长几倍，结果进一步质疑了一些有争议的发现，即一些逆转可能在人的一生中发生。

新的分析——基于测量能力的进步和对熔岩流、海洋沉积物和南极冰芯的全球调查——提供了对地球磁场动荡时期的详细观察。几千年来，磁场减弱，部分移动，再次稳定，然后最终逆转到我们今天所知道的方向。

一些科学家认为，随着地磁减弱和移动，我们可能正在经历地磁逆转的早期阶段，而这些结果为地磁逆转提供了更清晰、更细致的图景。其他研究人员对当今地球逆转的概念提出了质疑，认为这可能会以不同寻常的方式影响我们这个高度电子化的世界。

辛格在8月7日的杂志上发表了他的研究成果科学的进步。他与日本熊本大学和加州大学圣克鲁兹分校的研究人员合作。

“地磁倒转是在地球内部最深处产生的，但其影响贯穿整个地球，尤其是在地球表面和大气中，”辛格解释说。“除非你有一个完整、准确和高分辨率的记录，说明地球表面的磁场逆转是什么样子的，否则甚至很难讨论产生磁场逆转的机制是什么。”

地球的磁场是由液态铁的外核围绕固体内核旋转时产生的。这种发电机的作用产生了一个磁场，这个磁场在地理上大致经过南北两极时最稳定，但在地磁倒转期间，磁场会发生明显的移动和减弱。

当新的岩石形成时——通常是火山熔岩流或沉积物沉积在海底——它们会记录下它们形成时的磁场。像辛格这样的地质学家可以调查这一全球记录，拼凑出数百万年前磁场的历史。最近一次地磁倒转的记录最为清晰，以首次描述地磁倒转的研究人员Matuyama-Brunhes命名。

在目前的分析中，辛格和他的团队集中研究了来自智利、塔希提岛、夏威夷、加勒比海和加那利群岛的熔岩流。研究小组从这些熔岩流中收集了几个野外季节的样本。

“熔岩流是磁场的理想记录仪。它们有很多含铁矿物，当它们冷却时，它们锁定了磁场的方向，”辛格说。“但这是一个参差不齐的记录。没有火山持续喷发。所以我们依靠仔细的实地工作来识别正确的记录。”

研究人员结合了七个熔岩流序列样本的磁场读数和放射性同位素年代测定，重现了以Matuyama-Brunhes反转为中心的大约7万年的磁场。他们依靠辛格维斯卡地质年代学实验室开发的升级方法，通过测量岩石中钾的放射性衰变产生的氩，更准确地确定了熔岩流的年代。

他们发现，按照地质标准，最后的逆转是很快的，不到4000年。但在此之前，地球经历了一段很长时间的不稳定，其中包括两次短暂的部分逆转，这又延续了1.8万年。这个时间跨度是最近提出的所有逆转在9000年内结束的建议的两倍多。

海底的磁读数证实了熔岩流的数据，这提供了比熔岩岩石更连续但更不精确的数据来源。研究人员还利用南极冰芯来追踪铍的沉积，铍是由宇宙辐射与大气碰撞产生的。当磁场反转时，它会减弱，使更多的辐射进入大气层，产生更多的铍。

自从人类开始记录磁场强度以来，它的强度每世纪下降约5%。正如像辛格这样的唱片所显示的那样，磁场减弱似乎是最终逆转的前兆，尽管目前还远不清楚逆转是否即将到来。

倒转磁场可能会严重影响导航、卫星和地面通信。但目前的研究表明，社会将有几代人来适应长期的磁场不稳定。

“我研究这个问题已经有25年了，”辛格说，当他意识到他正在研究的火山可以很好地记录地球磁场时，他无意中进入了古地磁领域。“现在我们对最后一次逆转的记录比以往任何时候都更丰富，更准确。”

本研究由美国国家科学基金EAR-1250446资助。