磁性礦物石筍 解開地磁之謎

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【本報台北訊】台大跨國研究團隊發表獨步全球的研究成果,究竟如何辦到?該研究通訊作者沈川洲教耗費十多年走遍各大洲,才將較稀少的洞穴石筍蒐集完成,並利用台大地質系的鈾釷定年技術,以及北京中科院的低溫超導測磁儀,才重建十萬年前、共一萬六千多年的珍貴地磁紀錄。
研究團隊指出,一九二○年代,科學家首度在岩石中發現地磁倒轉事件。經過百年研究,許多科學家已知地球磁場會飄移,但飄移的過程及地磁倒轉的速度有多快,始終是未解之謎,根本原因在於研究材料本身的限制與高解析定年的難度。
沈川洲指出,過去二世紀,火成岩、沉積岩與湖泊海洋沉積物,一直被用來作為了解地磁紀錄與反轉事件時間等研究。火成岩雖有磁性可以準確定年,但罕有連續紀錄。沉積岩與湖泊海洋沉積物中雖也含有磁性礦物,但進行高解析定年上有困難,且沉積物易被攪動混合,很難得到細緻的地磁變化。
團隊改採洞穴石筍進行研究,主要考量為磁性礦物會嵌埋在石筍中不被擾動,是提供連續原始古地磁紀錄的理想材料。一九七九年石筍首次被用於古地磁研究,但成分幾乎為碳酸鹽類,磁性礦物含量極少,很少再用於研究。直到近年測量設備提升,石筍才再次被應用於古地磁研究。
不過富含磁性礦物的石筍非常稀少,沈川洲過去十幾年間,帶領兩岸科學家遍尋,與他長期合作的福建師範大學教授姜修洋,二○一一年探勘三星洞時,採到長一公尺、直徑約八公分的石筍標本。
第一作者南方科技大學海洋科學與工程系助教周祐民從二○一四年加入研究,透過北京中科院、新竹國家同步輻射研究中心等合作,前後花了四年,終於取得一百八十個古地磁資料及七十個定年點,史無前例地重建了數十年前發生,共一萬六千年的珍貴地磁紀錄。
周祐民指出,十萬年前地球磁場非常不穩定,從石筍資料分析可發現,存在一種不斷重複發生、相似性極高的不對稱性地磁極南北飄移模式與周期,將其命名為「周氏震盪模式」。這種現象的發生原因迄今未明,團隊認為應與地球內部動力產生地球磁場的驅動作用有關。

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