2015年1月15日至16日，中科院地質(zhì)與地球物理研究所第十四屆學(xué)術(shù)年會召開。會上，頒發(fā)了2014年年度優(yōu)秀科技成果獎。本年度研究所共評選出4項優(yōu)秀科技成果，我室行星空間環(huán)境學(xué)科組成果"地磁場長期變對空間及環(huán)境演化的影響研究"榮獲該獎。所長朱日祥等人為本所優(yōu)秀科技成果完成人代表進行了頒獎。我室研究員魏勇代表行星空間環(huán)境學(xué)科組接受了獲獎證書及獎杯。
獲獎成果以比較行星學(xué)為突破口，通過研究地磁場減弱及地磁倒轉(zhuǎn)對空間環(huán)境演化的影響，發(fā)展了研究空間環(huán)境長期變化的新方法，并使用該方法來理解地磁場長期變對空間及環(huán)境演化的影響，為地球系統(tǒng)科學(xué)的研究找到了新的思路。具體的研究成果簡介如下：
地球是一個從內(nèi)部到空間多圈層耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。源于外核的地磁發(fā)電機產(chǎn)生強偶極場,在空間形成磁層,抵擋了太陽風(fēng)高能粒子對大氣的沖擊,也阻止了氧氣和水等揮發(fā)性物質(zhì)的流失，從而對該系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)——大氣圈、生物圈和水圈等所構(gòu)成的生物生存環(huán)境形成保護作用。從地質(zhì)學(xué)時間尺度上看，地球內(nèi)部動力學(xué)過程通過對地磁場強度和形態(tài)的調(diào)節(jié)，控制著空間物理過程，最終影響了環(huán)境的演化。盡管這一課題非常重要，但是開展研究并不容易，因為空間觀測只有幾十年歷史，所產(chǎn)生的觀測記錄無法支持地質(zhì)學(xué)時間尺度的研究。我們以其它行星空間觀測研究為突破口，采用比較行星學(xué)的研究方法，針對兩種地磁場長期變現(xiàn)象——地磁場減弱和地磁倒轉(zhuǎn)——對空間及環(huán)境演化的影響進行了理論研究，以期揭示地磁場長期變對環(huán)境演化的深刻影響。
課題組研究了地磁場減弱對空間的影響。地磁場強度自1840年以來平均每百年衰減5-7%，我們建立了一個受偶極矩控制的磁層頂模型，發(fā)現(xiàn)磁層每百年向內(nèi)縮小2000公里，將導(dǎo)致同步軌道衛(wèi)星故障風(fēng)險大大增加。四百多年后，地球磁場強度雖然將減弱到古太古代的水平，但仍然對生物圈有良好的保護作用?？墒牵绻麥p弱趨勢不變，地磁空間環(huán)境在數(shù)千年后與水星類似，保護作用將崩潰。
課題組研究了地磁倒轉(zhuǎn)對環(huán)境演化的影響。地磁倒轉(zhuǎn)期間，地磁場強度下降一個量級，甚至更多。我們采用火星空間模型對這種情況進行了模擬，發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)能夠驅(qū)使更多的氧離子逃逸，逃逸率上升3-4個量級。我們據(jù)此提出新的假說來理解顯生宙地磁倒轉(zhuǎn)率、大氣氧含量和生物數(shù)量之間的相關(guān)性：在長達數(shù)百萬年的時間里，地磁倒轉(zhuǎn)頻率升高，地磁場對氧粒子的保護作用頻繁減弱，氧粒子逃逸率頻繁增加，導(dǎo)致大氣氧含量持續(xù)下降，并最終降至誘發(fā)生物大滅絕的閾值。（成果完成人：魏勇,萬衛(wèi)星,鐘俊,戎昭金,柴立暉,韓秀紅,任志鵬等）
PPT展示詳見：http://www.igg.cas.cn/zhuantilanmu/14th/201501/t20150119_4301713.html
朱所長等人為本所2014年度優(yōu)秀科技成果完成人代表頒獎
(http://www.igg.cas.cn/xwzx/zhxw/201501/t20150120_4302213.html)