本文最初发表在对话。该出版物将文章贡献给了现场科学的专家声音：专家和见解。
地球被磁场覆盖。这就是使指南针向北指向的原因，并保护我们的气氛免受带电颗粒（例如质子）的持续轰击。没有磁场，我们的气氛将被有害的辐射慢慢剥夺，几乎可以肯定不会像今天那样存在。
您可能会想象磁场是地球上生命的永恒，不变的方面，在某种程度上，您是正确的。但是地球的磁场实际上确实发生了变化。每隔一段时间（按几十万年以上的时间）磁场已经翻转。北指向南方，反之亦然。当田地翻转时，它也会变得非常虚弱。
当前拥有像我们这样的地球物理学家的厌恶是一种意识到，在过去的160年中，地球磁场的强度一直在以惊人的速度下降。这种崩溃集中在南半球的巨大广阔，从津巴布韦延伸到智利，被称为南大西洋异常。那里的磁场强度是如此弱，以至于它对卫星的危险是该区域上方轨道的危险 - 该场不再保护它们免受辐射会干扰带有卫星电子设备。
该领域正在继续越来越弱，可能会延期更具戏剧性的事件，包括全球磁极的逆转。这样的重大变化将影响我们的导航系统以及电力的传输。北极光的奇观可能出现在不同的纬度上。而且，由于在全球逆转期间，在非常低的田间强度下，更多的辐射将达到地球表面，因此也可能影响癌症的发生率。
我们仍然不完全了解这些影响的程度，这增加了我们的调查。我们正在转向一些可能出乎意料的数据源，包括700年历史的非洲考古记录，以使其令人困惑。
地磁场的起源
地球的磁场是由在我们星球的液体外芯中对流铁。从财富天文台和卫星数据该记录了最近的磁场，如果我们在地球旋转的液态铁芯上方有一个指南针，我们可以建模该场的外观。
这些分析揭示了一个惊人的特征：在核心棒球边界的南部非洲下方有一堆反向的极性，液态铁外核符合地球内部略微僵硬的部分。在该区域，该场的极性与平均全局磁场相反。如果我们能够在南部非洲的深处使用指南针，我们会发现，在北部这个不寻常的补丁中，实际上指向南方。
该补丁是创建南大西洋异常的主要罪魁祸首。在数值模拟中，类似于南部非洲下面的异常斑块在地磁逆转之前就出现了。
两极在地球的历史上经常逆转，但是最后的逆转是遥远的过去，大约780，000年前。最近的磁场的快速衰减及其衰变模式自然提出了一个问题，即过去160年之前发生的事情。
考古磁学使我们及时更进一步
在考古研究中，地球物理学家与考古学家团队了解了过去的磁场。例如，用于制作陶器的粘土含有少量的磁性矿物质，例如磁铁矿。当粘土加热以制成锅时，其磁性矿物质会失去可能持有的任何磁性。冷却后，磁性矿物质记录了当时磁场的方向和强度。如果可以确定锅的年龄或它来的考古遗址（例如，使用放射性碳日期），则可以回收考古磁性历史。
使用这种数据，我们对北半球有部分考古学的历史。相反，南半球考古记录很少。特别是，几乎没有来自南部非洲的数据 - 这就是该地区与南美，这可能会为反向核心补丁的历史提供最大的见解，从而创建当今的南大西洋异常。
但是，当今南部非洲人的祖先，讲班图语的冶金学家和农民，他们开始在2,000至1,500年前迁移到该地区，这无意间给我们带来了一些线索。这些铁器时代的人住在用粘土建造的小屋中，并将其谷物储存在硬化的粘土垃圾箱中。作为南部非洲铁器时代的第一农业学家，他们严重依赖降雨。
这些社区经常以干旱的时代做出了清洁仪式，涉及燃烧泥土的仪式。对于这些人来说，这一系列悲剧性的事件最终在数百年后，对于考古学而言，这是一个恩惠。就像在锅的射击和冷却的情况下一样，这些结构中的粘土在冷却时记录了地球的磁场。由于这些古老的小屋和谷物垃圾箱的地板有时会完好无损，因此我们可以采样它们以获取其当代磁场的方向和强度的记录。每个楼层都是一个小的磁性天文台，燃烧后立即将其指南针冻结。
与我们的同事一起，我们集中了抽样在林波波河谷（Limpopo River Valley）的铁器时代村庄的遗址上，今天与津巴布韦（Zimbabwe）北部接壤，向南的波茨瓦纳（Botswana）和南非向南。
磁场
林波波河谷的采样位置在公元1000年至1600年之间产生了首个南部非洲的考古历史。我们发现的是过去的一个时期，近公元1300年，当时该地区的田野正在像今天一样迅速下降。然后强度增加，尽管速度较慢。
快速场衰减的两个间隔的发生 - 一个700年前和一个时间 - 今天的一个间隔表明了一种复发现象。目前在南非领导下的反向磁贴是否可以定期发生，比我们的记录所显示的更远？如果是这样，为什么会在此位置再次发生？
在过去的十年中，研究人员积累了地震波的分析中的图像。当地震剪切波穿过地球层时，它们传播的速度表明层的密度。现在，我们知道，大量缓慢的地震剪切波是南部非洲下方的核心地幔边界的特征。
南部非洲下方的这个特殊地区的这个特定地区有一个有点言语的大型低剪力速度省。尽管许多人都以描述性但术语丰富的名字赢得了胜利，但这是一项深刻的功能，必须拥有数千万年的历史。虽然数千公里的范围是尖锐的。有趣的是，相反的核心通量补丁几乎与其东部边缘一致。
当今的核心补丁和非洲大型低剪力速度省的边缘的事实在身体上如此近，使我们思考。我们提出了连接两个现象的模型。我们建议，非洲非洲的地幔会改变下面的核心中铁的流动，这反过来改变了磁场在地震省边缘的表现，并导致反向的通量斑块。
我们推测这些反向核心斑块生长迅速，然后逐渐消失。有时，一个斑块可能会长大足够大，可以主导南半球的磁场，而杆子则逆转。
逆转的常规思想是它们可以从核心的任何地方开始。我们的概念模型表明，核心掩体边界可能有特殊的位置可以促进逆转。我们尚不知道当前的领域是否会在未来几千年中逆转，或者只是继续在接下来的几个世纪中削弱。
但是，现代南部非洲人祖先提供的线索无疑将帮助我们进一步发展我们提出的逆转机制。如果正确的话，杆逆转可能“出国出国”。
约翰·塔杜诺（John Tarduno），地球物理学教授，罗切斯特大学和文森特·野兔，地球和环境科学的博士后助理，罗切斯特大学
