上一次讲到了地球的磁场曾经发生过磁极倒转。这件事儿听起来还是挺匪夷所思的。但是科学家的证据是非常扎实的，在同一个地区，发现不同的岩石的磁场的方向是不一致的，要么就是因为大陆漂移过，原来不是这个地方，也不是这个角度，要么是就是地球的磁场发生过变化。地球的磁极不在正南正北的轴线上，而是稍稍偏离了轴线。我国古代的沈括就已经发现指南针的方向与正南正北不是完全重合的。后来，大家发现磁极是会移动的。1900年的位置和现在的位置就是不一样的。但是移动的幅度不算大。但是人们怎么都想不到地球的磁场是会倒转的。
磁北极的移动路径
科学家曾经找到过一段玄武岩的，这段玄武岩就是火山岩浆逐渐冷凝下来形成的。想来是当年岩浆在沿着地上的沟沟坎坎流动，先喷出来的，最先冷却，后喷出来的后冷却。温度低于居里点，就可以被地球的磁场所磁化。那么这段岩浆就是按照先来后到逐渐冷却逐渐磁化的。结果科学家们在这段岩浆之中发现了磁极倒转的情况，也就是说就在岩浆冷却的这段时间里，磁极就发生了翻转。也就是说，当时的磁极是非常弱，而且不稳定的。因为时间太短了，这种磁极倒转必定是真的磁极倒转了，而不是大陆漂移引起的。大陆不可能在那么快的时间里调转180度。后来，科学家们在全球的地层里都发现了磁极倒转的现象，这必定是全球性的事件，而不是某块大陆转了180度，你想啊，怎么可能全体大陆在同一时间开始集体向后转。所以，现在磁极倒转也成了一个常见的话题，当然，也有人借此宣扬大灾难，或者是辟谣之类的，反正怎么吸引眼球就怎么说。我们这一次就尽量把这事儿讲透一点。
地球内部的结构
既然讲到磁极倒转，那么肯定有人会问，地球的磁场是从何而来的呢？过去，大家认为地球就是一块大吸铁石。只是规模比较大罢了。但是居里先生发现了居里点，高于这个温度是不可能带有固定磁场的。后来又发现，地下的温度非常高。地球核心部分达到了6000度。因此不能把地球当做一块固定的大磁铁。那么地球的磁场来自于何处呢？大家都想到了电磁作用。地球的磁场应该是个电磁场。地球物理学研究的一个障碍就是地球是不透明的，对于地下的事情，我们只能提出各种模型来给与解释。为了解释地球磁场的来源，科学家们提出了很多种说法。比如压电效应，比如温差发电，但是这些理论的缺陷都是非常明显的，如今表现比较好的就是所谓发电机假说。要想产生地球这么强的磁场，地下环绕的电流要达到109安培，如此巨大的电流是怎么产生的呢？布拉德和艾尔萨瑟提出一个最简单设想。地球内部有些物质带有微弱的磁场，这被称为“种子磁场”，地下带电的物质在这个微弱的磁场里流动，产生了电流，电流又产生了更强的磁场，然后再一次次的强化。地球的磁场也就变得比较强了。说白了地下有个巨大的发电机。
地球内部的发电机
这个发电机的模型算是比较靠谱儿的。艾尔萨瑟也被称为“发电机理论之父”。这个理论可以解释为什么磁场的轴和地球自转轴为什么是基本一致的，但是无法解释磁极的倒转。后来为了解释磁极倒转现象，科学家们设想在地球内部不是一个发电机在转，而是两个，产生的电流和磁场在相互影响。因此地球的磁场是两个发电机叠加以后的效果。不是西风压倒东风就是东风压倒西风，这事儿可就没准了。因此次才会出现磁极的倒转现象。磁极倒转呈现一种准周期性。过去的8700万年里颠倒了183次。长短没有规律，但是算算数字你也知道，不会太长，也不会太短。磁极倒转的过渡阶段大约有2000到12000年。在此期间地球的磁场是比较弱的，而且不稳定。最近的一次磁极倒转发生在78万年前。
地球内部流动引发磁场倒转过程
那么地球内部这个发电机的能量来源是从何而来呢？一般有三种说法，地核内部密度大的物质下沉，逐渐堆积，地球内核固体部分在变大，外核的液体部分在变小。这个过程是放热的。第二种来源是内部放射性物质衰变。要知道地球上天仍然放射性物质的密度一般都比较大，因此很容易沉到地球内核，地表很稀有。所以核心部分就像个核反应堆，在不断的放出热量。但是这些热量不算太多。还有一个能量来源，那就是地球内部转得快，外部转的慢。这个速度差导致物质相互摩擦，产生大量的热，这很可能是一个主要的能量来源。据说，地球内部转动相对地表，每过两三百年就会多出一圈来。
太阳的磁场也是很容易倒转的
那么地球内部带电物质的对流造成了发电机效应，因此产生了磁场。那么有没有证据呢？这个证据还真的很难找。不过我们其实可以参照太阳系的其他天体。太阳的磁极也在不断的倒转，大致上有一个22年的周期。这要比地球磁极倒转快得多。因为太阳是个带电的等离子体组成的球，太阳上各种湍流都是极其复杂的东西。不像地球内部，即便地核上层是液体，也应该不是那么容易流动的东西，地幔的对流就更慢了。金星自转非常缓慢，达到了243天，比公转周期224.7天还要长，自转方向也跟其他行星反着，因为自转太慢了，无法带动内部的发电机，因此金星几乎没有磁场。水星的磁场非常强。火星磁场非常弱。大块头木星和土星都有非常强的磁场。当然，它们的磁场来源也应该是带电物质旋转对流造成的。因为这两个球体都是流体，因此磁场也比较复杂。天王星和海王星的磁场都是歪把子，和自转轴相去甚远。天王星甚至有多个磁极。不知道这两颗星球是怎么搞的。从太阳系其他星球的情况来看，发电机的理论还算是靠谱儿，但是流体的流动往往是非常复杂的，会产生漩涡和湍流之类的现象，因此产生多个复杂的发电机也是可以理解的。
用加热到液态的金属钠在大球内旋转来产生磁场
科学家们也在想法子用实验来验证这个假说，比如在直径三米的球形罐子里放进大量融化的金属钠，然后加热到110度，大球开始快速旋转，用液态的金属钠来模拟地核里高温高压液态的铁和镍。据说模拟效果还不错，他们模拟出了磁场的翻转。周期在10秒到180之间，反正是个随机的数值。当然，现在不仅有实验室里的实验，还有计算机模拟，法国人动用了16000个cpu去计算地球的磁场，可以计算地球的磁极是如何移动的，呈现什么样的规律。但是不管怎么说，发电机到现在还是一个假说。没有办法完全得到验证。毕竟湍流的计算本身就是不确定的。发电机理论是在上世纪中期提出来的，大约是1945年到1947年之间吧。到50~60年代是没办法验证的，那时候科学家们甚至不知道地幔是不是会对流，因为地幔是固体，不是液体。假如解决这个问题，那么可能就是一个突破点。这又是一个让人非常头大的问题。固体也是可以流动的，比如说沥青就可以流动，虽然是固体。
沥青滴落实验，固体也是能滴落的
那么如何知道地幔是不是在对流呢？还是靠在海底打洞来解决问题。假如地幔是不会流动的，那么地壳里面的热量来源就只有放射性元素的衰变。比如说花岗石里面就含有微量的放射性元素。前一阵子绍兴带放射性的石料被用于楼盘建设还引发了轩然大波。由此可见，普通的石头里面多多少少也有极微量的放射性元素，它们衰变是会放出热量的，但是这些热量是微乎其微的。大陆的地层比较厚，但是大洋的地层比较薄，放射性物质比较少。因此大洋海底地壳的散发的热量会比较少！那么如何测量呢，这就需要测量温度梯度了。于是两个年轻的科学家布拉德和马克斯维就设计了一种探针，专门用来探测洋底的温度梯度。说白了就是一竿子插进去，看看地底下的温度和上边的温度差多少，根据这个温度差就能算出散热的速度。
“洞察号”火星探测器
洞察号火星探测器其实就是干这事儿的，为什么叫“洞察号”？说白了就是在火星上打个洞测量一下温度的梯度，说白了科学家们还是关心到底这颗火星的内部是不是还有热量在往外散发。本来打算钻个5米的深的洞，但是只钻了30厘米就钻不下去了，出故障了，最近还在解决问题呢。没办法太远了，操控起来太麻烦。地球上当然就方便多了。1950年，马克斯维在洋底上打了不少的洞。不测不知道，一测吓一跳。大洋的底部在源源不断的往出散热。和大陆是差不多的。也就是说，自身放射性元素的衰变放出来的热量可以忽略不计。是大地深处的地幔在源源不断的往外传输热量。因此管你皮薄皮厚，温度都差不多。这才是大头。假如是地心里的高温通过地幔传到上来，那么不妨去算算地幔的导热性能，只靠岩石导热的话，根本就输送不了这么多的热量，只能靠对流来传递热量。所以，地幔必定是在对流的。这在当时看来是匪夷所思的，固体石头也会对流？还真的就是这样。
地幔对流
所以，科学家的每一个假说都是要去想办法验证的，他们敢说这话都是因为有证据。我们没有办法亲眼看到地幔的对流，但是科学家们还是有办法去测量出来。他们不仅测量出海底在源源不断的散热，而且还测出大西洋的大洋中脊附近散热最快。海沟散热最慢。这说明，地幔的对流是从中洋脊下面上升，海沟处下降，一个完美的对流途径被勾勒出来了。科学家们在大西洋和太平洋里面测量了一大圈，发现这是个普遍规律。爱丁堡的赫尔姆斯提出了一个大胆的说法，推动大陆漂移的力量就是这种地幔的对流。这种对流很可能会把大陆撕开一个裂缝，就像红海和加利福尼亚湾一样，然后越撕越大，最后变成辽阔的海洋。50~60年代地球科学有了很多新的发现。大洋中脊就是其中之一，也有翻译成中洋脊的。当年英国著名的挑战者号考察船就发现在大西洋的洋底有这么一块地方高高的鼓起来了，但是挑战者号的探测设备很差，测量海底深度基本只能靠拿根绳子挂个重锤。就这么一点一点测量海底的深度，很多地方绳子 不够长，根本就没法测。所以他们只是粗略的测了一次。那么挑战者号为什么要测量海底的地形呢？那是因为当时要铺设海底电缆，不掌握海底的地形地貌，铺设电缆是会遇到麻烦的。1925年，当时声呐已经发明了，利用回声定位系统对海底进行了勘测，的确发现在大西洋底有一座巨大的山脉。绵延千里。后来在印度洋发现了类似的海底山脉，这次活动的赞助商是丹麦啤酒厂商嘉士伯，因此就用他的名字命名了，叫做“卡尔斯伯格洋中脊”，这就是个翻译问题，其实就是嘉士伯。嘉士伯特别喜欢赞助自然科学，玻尔的研究所就是他们赞助的嘛。同样，乐堡啤酒喜欢赞助社会人文学科，因此丹麦学界就是这么井水不犯河水。
狭义的中洋脊是指大西洋的洋脊，广义的还包括东太平洋海隆、印度洋西南海岭、中印度洋海岭、印度洋东南海岭等
1930年，英国考察船约翰·莫里号在卡尔斯伯格洋中脊上发现了一个裂谷，似乎山头顶上分叉了。到了50年代，女科学家玛丽·萨普和布鲁斯黑森一起完善海底地图，他们对全世界的海底地形做了一个汇总。他们发现，在全世界的大洋里都有一条贯穿的巨大山脉，而且都是连接在一起的，连续长度有6.5万公里。地球赤道不过4万公里。这条巨大的山脉是地面上最长的科迪勒拉山系的好几倍。这条巨大的山脉有些部分是露出水面的，比如冰岛就是大洋中脊露出水面的部分。与此类似的还有亚速尔群岛。这些地方都是地震和火山的多发区。大洋中脊的两侧都是海底地震的多发区。因此这个地方必有蹊跷。哈里·海斯意识到中洋脊就是地幔对流上升的地方。大洋的洋底就是从这里冒出来的。别忘了，哈里·海思是先前专门研究过海底平顶山。这些平顶山的山顶最开始都在海平面附近。只有海平面附近，风吹浪打在具有侵蚀作用。才能再加上珊瑚虫的繁殖，才能弄出一个平坦的顶部。然后火山在就自身重力的作用下，不断的下沉。成为海底的平顶山。因此海斯能判断出海底平顶山的大概年龄。在太平洋里有大约150座海底平顶山。离洋中脊远一些的，往往比较老，离得进的往往比较年轻，这说明什么？洋中脊是比较活跃的区域，新的火山总是在这里诞生，然后随着海底的移动被推到了远处。所以海斯茅塞顿开，大洋的洋底就像传动带一样在不断的而扩张，从洋中脊这里冒出来，从大陆边缘的海沟里下沉，回到地下。1961年，圣迭戈海军电子实验室的罗伯特·迪茨也提到了类似的想法，而且海底扩张说这个词就是他提的，但是他却很谦虚的完全归功于海斯。对于这个结果，海斯也表现的非常谦虚，他根本没有发表在什么顶级的期刊上。要是照现在的习惯，肯定是往顶级期刊上发嘛！但是1962年，海斯只是写了一篇小短文，发表在了一个纪念性的文集里面，这个文集因为是纪念性质，其实不是什么期刊，因此也不需要审核，就这么发出来了。正是这篇文章把地球科学界搅了个天翻地覆。这是一个革命性的理论，有了这个理论，魏格纳的大陆漂移学说基本上就翻盘了。但是海斯他们还需要更加扎实的证据，他们去哪儿找这些证据呢？下次再说。
我的通俗医学史已经讲到第5集了，讲的是放血疗法的前世今生。莫扎特是放血放死的，华盛顿是放血放死的。拜伦120个不愿意，还是放血放死的。他的医生为此痛心疾首啊，还在后悔放血不及时，放的太少了。事实摆在面前，他们都无法推翻放血疗法。这个治疗方法为什么在1400年的时间里都没人敢去推翻呢？这的确令人深思……欢迎大家踊跃购买我的医学史专辑，前些天服务器备案，这是中国特色嘛，大家都懂。科学声音的小程序停了几天，现在已经开了可以访问了。为了更好地跟广大听众交流，现在微信交流群已经开通了。如果对节目有什么意见或者建议，现在可以加入《通俗医学史》的听众交流群。微信请加：18964830410，我在群里等着大家。
