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近日，广州海洋实验室深圳分部刘青松讲席教授团队在海洋条带状磁异常研究方面取得新突破，构建出目前最长的（11个百万年以来）地磁场强度连续变化曲线。相关成果以“Geomagnetic Field Paleointensity Spanning the Past 11 Myr from Marine Magnetic Anomalies in the Southern Hemisphere”为题发表在地球科学领域权威学术期刊Geophysical Research Letters上。
地磁场阻止太阳风和宇宙射线袭击地球 （图片修改自：LIU Qingsong. Will the Earth's magnetic reverse its polarity in the near future? Solid Earth Sciences 5(4):247-248 DOI: 10.1016/j.sesci.2020.09.003）
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 百万年以来的强度变化特征。沉积物记录有复杂性和多解性，因此急需独立的记录来验证这些特征，同时，还需要进一步拓延地磁场强度变化时序。
除了沉积物，从海底大洋中脊上涌大量玄武岩岩浆，冷却后形成海洋地壳的同时，也能记录地磁场信息。基于新的算法与严格的数据检验，海洋科学与工程系海洋磁学（CM2）团队通过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。
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。
研究区域位于太平洋和印度洋三个快速扩张洋脊 (图1)。研究团队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)。
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。
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、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，发现不同方法的结果非常一致 (图2)，验证了这些特征的可靠性，同时证实这些短波长异常反映了地球磁场古强度的波动。
研究团队构建的11个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，为解译地磁场变化机制提供了重要依据。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。
论文链接：https://doi.org/10.1029/2021GL093235
