32 地球的南北极会颠倒？

你一定听过这样一个说法：地球磁场的南北极，每隔一段时间就会颠倒一次，北极变南极，南极变北极，这个时间间隔大约是70万年。

那么问题来了，几十万年前人类文明都还没发展出来，我们又是怎么知道那时的地球磁场是什么样子的？这里的答案是火山岩。火山喷发的时候，岩浆被喷出来还没来得及冷却，岩浆里面的物质有些有磁性，会在地球磁场的作用下形成定向的排列，岩浆冷却之后，这个排列就形成了火山岩的纹理，通过判断纹理的方向，就能判断地磁的方向。科学家们发现几十万年前的火山岩的纹理方向，跟现代火山岩的纹理方向是相反的，于是得出了磁极发生颠倒的结论。

那科学家又是怎么知道某块火山岩来自多少年前的呢？靠的是测同位素，可以通过测量同位素含量来判断年代。譬如，普通的氢元素的原子核里只有一个质子，但是氘元素的原子核里除了一个质子以外还有一个中子，氚元素则是原子核里有一个质子和两个中子。氘和氚就是氢的同位素。普通的氢也有另外一个名字叫氕，氘和氚的质子数跟氕相同，所以它们的化学性质跟氕一样，但是中子数不一样，所以核物理的性质有差异。

同位素通常是不稳定的，它们会发生衰变，衰变以后就变成了普通元素。有一个概念叫半衰期，所谓半衰期，就是一定分量的同位素，经过一个半衰期的时间长度，它就会衰变掉一半。譬如，碳14的半衰期是5730年，如果你有1000g的碳14，经过5730年的时间，就只剩下500g了，有500g的碳14衰变成了普通的碳12，再经过5730年，就还剩250g的碳14，又有250g的碳14衰变成了碳12。但是地球大环境中的同位素比例应该是不随时间改变的，因为地球会受到宇宙射线的影响，会不断生成新的同位素，所以地球大环境里各种同位素的比例应当是相对稳定的。因此，我们只要去测量一个样品中的同位素的含量，再拿它和地球平均水平的同位素含量作比较，我们就能推测出这个样本是在什么年代形成的，通过它的半衰期倒推计算就能做到。

磁极为什么会颠倒呢？目前有多种学说，但确切原因尚不清楚。有一个理论说地球的地核是一个核反应堆，这个理论貌似能给出磁极颠倒的解释，但还没有被证实。某种意义上研究地心比研究宇宙还要难，因为我们目前无法真正下到地心去直接做实验测试，研究宇宙我们至少可以通过望远镜进行直接观察，但是地心的情况，我们只能靠间接的数据进行推测。