地球被磁場覆蓋。這就是使指南針向北指向的原因，並保護我們的氣氛免受帶電顆粒（例如質子）的持續轟擊。沒有磁場，我們的氣氛將被有害的輻射慢慢剝奪，幾乎可以肯定不會像今天那樣存在。
您可能會想像磁場是地球上生命的永恆，不變的方面，在某種程度上，您是正確的。但是地球的磁場實際上確實發生了變化。每隔一段時間（按幾十萬年以上的時間）磁場已經翻轉。北指向南方，反之亦然。當田地翻轉時，它也會變得非常虛弱。
在左側，我們習慣了地球的磁場。右邊是逆轉過程中磁場的模型。 NASA/Gary Glazmaier，，，，cc by
當前擁有像我們這樣的地球物理學家的厭惡是一種意識到，在過去的160年中，地球磁場的強度一直在以驚人的速度下降。這種崩潰集中在南半球的巨大廣闊，從津巴布韋延伸到智利，被稱為南大西洋異常。那裡的磁場強度是如此弱，以至於它對衛星的危險是該區域上方軌道的危險 - 該場不再保護它們免受輻射會干擾帶有衛星電子設備。
該領域正在繼續越來越弱，可能會延期更具戲劇性的事件，包括全球磁極的逆轉。這樣的重大變化將影響我們的導航系統以及電力的傳輸。北極光的奇觀可能出現在不同的緯度上。而且，由於在全球逆轉期間，在非常低的田間強度下，更多的輻射將達到地球表面，因此也可能影響癌症的發生率。
我們仍然不完全了解這些影響的程度，這增加了我們的調查。我們正在轉向一些可能出乎意料的數據源，包括700年曆史的非洲考古記錄，以使其令人困惑。
地磁場的起源
地球的磁場是由在我們星球的液體外芯中對流鐵。從財富天文台和衛星數據該記錄了最近的磁場，如果我們在地球旋轉的液態鐵芯上方有一個指南針，我們可以建模該場的外觀。
這些分析揭示了一個驚人的特徵：在核心棒球邊界的南部非洲下方有一堆反向的極性，液態鐵外核符合地球內部略微僵硬的部分。在該區域，該場的極性與平均全局磁場相反。如果我們能夠在南部非洲的深處使用指南針，我們會發現，在北部這個不尋常的補丁中，實際上指向南方。
該補丁是創建南大西洋異常的主要罪魁禍首。在數值模擬中，類似於南部非洲下面的異常斑塊在地磁逆轉之前就出現了。
兩極在地球的歷史上經常逆轉，但是最後的逆轉是遙遠的過去，大約780，000年前。最近的磁場的快速衰減及其衰變模式自然提出了一個問題，即過去160年之前發生的事情。
考古磁學使我們及時更進一步
在考古研究中，地球物理學家與考古學家團隊了解了過去的磁場。例如，用於製作陶器的粘土含有少量的磁性礦物質，例如磁鐵礦。當粘土加熱以製成鍋時，其磁性礦物質會失去可能持有的任何磁性。冷卻後，磁性礦物質記錄了當時磁場的方向和強度。如果可以確定鍋的年齡或它來的考古遺址（例如，使用放射性碳日期），則可以回收考古磁性歷史。
使用這種數據，我們對北半球有部分考古學的歷史。相反，南半球考古記錄很少。特別是，幾乎沒有來自南部非洲的數據 - 這就是該地區與南美，這可能會為反向核心補丁的歷史提供最大的見解，從而創建當今的南大西洋異常。
但是，當今南部非洲人的祖先，講班圖語的冶金學家和農民，他們開始在2,000至1,500年前遷移到該地區，這無意間給我們帶來了一些線索。這些鐵器時代的人住在用粘土建造的小屋中，並將其穀物儲存在硬化的粘土垃圾箱中。作為南部非洲鐵器時代的第一農業學家，他們嚴重依賴降雨。
幾個世紀前使用的穀物垃圾箱。 約翰·塔杜諾（John Tarduno），，，，cc by-nd
這些社區經常以乾旱的時代做出了清潔儀式，涉及燃燒泥土的儀式。對於這些人來說，這一系列悲劇性的事件最終在數百年後，對於考古學而言，這是一個恩惠。就像在鍋的射擊和冷卻的情況下一樣，這些結構中的粘土在冷卻時記錄了地球的磁場。由於這些古老的小屋和穀物垃圾箱的地板有時會完好無損，因此我們可以採樣它們以獲取其當代磁場的方向和強度的記錄。每個樓層都是一個小的磁性天文台，燃燒後立即將其指南針凍結。
與我們的同事一起，我們集中了抽樣在林波波河谷（Limpopo River Valley）的鐵器時代村莊的遺址上，今天與津巴布韋（Zimbabwe）北部接壤，向南的波茨瓦納（Botswana）和南非向南。
地球內發生了什麼，在林波波河谷下方發生了什麼？ 約翰·塔杜諾（John Tarduno），，，，cc by-nd
磁場
林波波河谷的採樣位置在公元1000年至1600年之間產生了首個南部非洲的考古歷史。我們發現的是過去的一個時期，近公元1300年，當時該地區的田野正在像今天一樣迅速下降。然後強度增加，儘管速度較慢。
快速場衰減的兩個間隔的發生 - 一個700年前和一個時間 - 今天的一個間隔表明了一種複發現象。目前在南非領導下的反向磁貼是否可以定期發生，比我們的記錄所顯示的更遠？如果是這樣，為什麼會在此位置再次發生？
在過去的十年中，研究人員積累了地震波的分析中的圖像。當地震剪切波穿過地球層時，它們傳播的速度表明層的密度。現在，我們知道，大量緩慢的地震剪切波是南部非洲下方的核心地幔邊界的特徵。
南大西洋異常的位置。 Michael Osidicw/John Tarduno，，，，cc by-nd
南部非洲下方的這個特殊地區的這個特定地區有一個有點言語的大型低剪力速度省。儘管許多人都以描述性但術語豐富的名字贏得了勝利，但這是一項深刻的功能，必須擁有數千萬年的歷史。雖然數千公里的範圍是尖銳的。有趣的是，相反的核心通量補丁幾乎與其東部邊緣一致。
當今的核心補丁和非洲大型低剪力速度省的邊緣的事實在身體上如此近，使我們思考。我們提出了連接兩個現象的模型。我們建議，非洲非洲的地幔會改變下面的核心中鐵的流動，這反過來改變了磁場在地震省邊緣的表現，並導致反向的通量斑塊。
我們推測這些反向核心斑塊生長迅速，然後逐漸消失。有時，一個斑塊可能會長大足夠大，可以主導南半球的磁場，而桿子則逆轉。
逆轉的常規思想是它們可以從核心的任何地方開始。我們的概念模型表明，核心掩體邊界可能有特殊的位置可以促進逆轉。我們尚不知道當前的領域是否會在未來幾千年中逆轉，或者只是繼續在接下來的幾個世紀中削弱。
但是，現代南部非洲人祖先提供的線索無疑將幫助我們進一步發展我們提出的逆轉機制。如果正確的話，桿逆轉可能“出國出國”。
約翰·塔杜諾（John Tarduno），地球物理學教授，羅切斯特大學和文森特·野兔，地球和環境科學的博士後助理，羅切斯特大學
