地球外核的熔融鐵可能以令人驚訝的方式運作。科學家發現，在太平洋深處一股巨大的熔融物質流，因為不明原因改變了方向。歐洲太空總署（ESA）的衛星數據幫助研究人員追蹤了這次轉變，並建構出更詳細的地球中心附近圖像。

地球的熔融外核位於地表下方約 2200 公里處。這種導電的液態鐵流動有助於產生地球的磁場。多年來，研究磁場微小變化的科學家們認為，外核的大部分主要向西流動。

太平洋下方的突然逆轉

這種模式在 2010 年發生了戲劇性的改變。在太平洋下方，一大片熔融物質開始強烈地向東流動，而不是繼續其較弱的西向流。科學家們至今仍不知道是什麼原因導致了這次逆轉。

包括 ESA 的 Swarm 和 CryoSat 任務在內的衛星觀測，現在讓研究人員能夠更詳細地研究這次事件。

這項發表在《地球深部研究期刊》（Journal of Studies of Earth's Deep Interior）上的研究，結合了地面觀測與 1997 年至 2025 年收集的衛星測量數據。研究人員使用了 ESA 的 Swarm 和 Cryosat 任務數據，以及德國的 CHAMP 任務和 Ørsted 任務的觀測數據。

他們的分析顯示，赤道太平洋下方一個廣闊的富鐵流體區域，在 2010 年從較弱的西向流轉變為強烈的東向流。

科學家們普遍認為外核的大尺度環流相對穩定。太平洋下方的突然變化表明，該系統的變化速度可能比先前想像的要快得多。這些發現為產生地球磁場的湍流運動提供了新的線索。它們也可能指向外核活動與地球內部更深層次變化之間的聯繫。

該研究的主要作者、愛丁堡大學地球科學學院的 Frederik Dahl Madsen 表示：「太平洋下方的這種大規模流動逆轉，引發了關於地球深部行為的新問題。科學家們現在想了解，這次逆轉是代表一個短暫的波動、一個重複振盪的一部分，還是一個新的穩定的核心環流平衡。持續的監測對於確定未來幾年流動如何演變至關重要。」

可能與地球內核的連結

Madsen 還表示，該研究模型顯示，太平洋下方的強烈東向流自 2020 年以來已減弱。他補充說：「太平洋強烈東向流的出現，與內核行為的變化同時發生，這從大地測量學和地震學推斷出來，我們假設這些深部變化的發生與太平洋下方流動的變化有關。」

從太空探測地球的熔融核心

地球的磁場是由液態外核內的運動產生的。在那裡，導電的熔融鐵圍繞著固態內核循環。這個過程稱為地球發電機，不斷變化。儘管如此，在其許多大尺度流動模式在數十年的觀測中似乎相對一致。

ESA 於 2013 年發射了三顆 Swarm 衛星。每顆衛星都搭載了高靈敏度的磁力計，能夠以極高的精度測量地球磁場。由於衛星以精心協調的軌道運行，它們可以將來自核心的磁信號與來自地殼、海洋、電離層和磁層產生的信號區分開來。

這些測量讓科學家們能夠重建核心-地幔邊界附近不斷變化的流動模式。它們還有助於研究人員識別與太平洋逆轉和 2017 年地磁擾動相關的劇烈變化。

根據 ESA 的 Swarm 任務經理 Anja Stromme 的說法，該任務長期的觀測記錄對這項研究至關重要。她指出：「儘管 Swarm 在 2010 年戲劇性的逆轉事件之後才發射，但它提供了高精度的數據，讓我們了解了之後時期地球的內核情況。」

「重要的是，Swarm 提供了多年來持續的全球覆蓋，讓科學家能夠追蹤核心動力學如何隨時間演變，而不是僅僅依賴地面磁觀測站。長期的衛星磁測量讓研究人員能夠近乎實時地追蹤地球發電機的變化，並改進地球磁場演變的模型。未來像 Swarm 這樣的任務的觀測將發揮關鍵作用。」

衛星測量還揭示了波動狀的加速和快速變化的流動結構，這些結構在較嘈雜的數據集中可能難以偵測。

研究結果表明，東向流在幾年前達到最強點後，現在可能正在減弱。這增加了逆轉是暫時的，或者它是外核內一個更長自然週期的部分的可能性。

這些事件發生在地表之下很深的地方，不會對人類或氣候構成威脅。然而，它們對於理解地球如何運作至關重要。

外核中液態鐵的流動產生了保護地球免受太陽釋放的帶電粒子影響的磁場。沒有這個保護場，地球的大氣層和技術系統將面臨更大的有害太陽輻射暴露風險。

地球的磁場一直在變化。隨著核心內部的流動演變，磁場也會逐漸轉移。這些變化會影響導航系統、太空飛行器操作以及用於研究近地空間天氣的模型。因此，了解外核如何變化以及為何變化，對於科學研究和實際應用都很重要。

根據 ESA 的 Swarm 任務科學家 Elisabetta Iorfida 的說法，太平洋逆轉挑戰了外核主要由穩定的西向環流主導的觀點。她指出：「這項研究表明，區域性的變化可以在短短十年間迅速出現。這些發現也可能幫助科學家們研究地球外核、內核、下地幔之間可能的相互作用，從而更深入地了解核心-地幔邊界，這是一個對地球深部動力學至關重要的區域。」

「這項研究引發了關於地球最深層如何動態連接的有趣問題。隨著磁場的不斷演變，衛星任務提供了對我們星球內部深處正在發生的動態過程越來越詳細的視圖，揭示了地球核心可能比人們一度認為的更加多變和複雜。」