在过去1亿5000万年间，地球的磁极以不同频率反转了数百次。科学家经由研究磁性矿物而发现这些反转事件。当岩石受热，其中的磁性矿物会顺应地球磁场而排列，因此矿物能保存岩石冷却时的地磁方向。

其他研究团队分析了磁场卫星和厄斯特卫星观测的分布图，发现可能引发磁极反转的变动迹象。余洛（Gauthier Hulot）和他在法国巴黎地球物理研究院的同事注意到，地球磁场的持续变异，是来自地核–地函交界面上某些磁通量方向与整个半球相反的区域。这些所谓的反向通量斑块（reversed flux patch）中，最大的一块由非洲南端下向西延伸至南美洲南端下方。在这个斑块里，磁通量向内进入地核，然而南半球大部份磁通量是指向外的。

斑块的产生
研究人员比较了最近由厄斯特卫星观测到的磁场以及1980年的观测结果。所得到最重要的结论之一，是新的斑块持续在北美东岸及南极等地区下的地核–地函交界处形成。更重要的是，较老的斑块面积扩大了且略向两极方向靠近。1980年代晚期，英国里兹大学的加宾斯（David Gubbins）研究较老旧、粗略的磁场图，发现反向通量斑块的增加、扩张和往两极移动，可解释磁偶极随时间减弱的情形。

这些观测结果可以利用磁力线的概念解释（实际上，磁场在空间中是连续的）。我们可以想像，这些磁力线「冻结」在液态铁核中而随之运动，就像是在水杯中的颜料线条被搅动时的样子。在地核中由于科氏力效应，流体中的涡流将磁力线扭结成团，看起来就像一团团的义大利面条。这样的纠结把更多的磁力线压缩在地核内，因而增加了磁场的能量。（如果这个过程不受抑制的话，磁场会无限制的增强。但是电阻会减弱、缓和磁力线的扭转，适当阻止了磁场无限制的增强，但又不会破坏地球发电机的运作。）

具有强大磁通量的斑块，不论方向是正是反，都是涡旋与地核内部的东–西向环状磁场交互作用时，在地核–地函交界面上所形成。这些乱流般的流体运动可以把环状的磁力线弯曲、扭转成小圈，形成极向磁场（poloidal field），方向为南–北指向。有时这种扭曲是由涌升流里上升的流体造成的。如果涌升流够强，极向磁场环圈的顶端会被排出到地核之外。这样的过程会使小圈的两端穿过地核–地函交界处，产生一对通量斑块。斑块之一具有正常方向的磁通量（与该半球整体的偶极方向相同）；另一个斑块的通量方向则是相反的。

如果扭曲所造成的反向通量斑块，比正常通量的斑块更靠近地理极点，则会使磁偶极减弱，因为磁偶极对于在极点附近的变化最敏感。这确实说明了目前位在非洲南端下的反向通量斑块。如果整个行星的磁极要真的反转，反向通量斑块需扩大到涵盖整个极区；同时，另一个地理极点附近也会发生类似的区域极性全面变化。

利用超级电脑模拟
为了进一步深究反向通量斑块如何发展，以及它们如何预示下一次的磁极反转，研究人员在超级电脑上和实验室内模拟地球发电机。现代地球发电机的电脑模拟始于1995年，有三个研究团队：日本东京大学的阴山（Akira Kageyama）及其同事、美国加州大学洛杉矶分校的罗伯兹（Paul h. Roberts）与格拉兹麦尔（作者之一），以及英国艾克斯特大学的琼斯（Christopher A. Jones）及同事，这些团队各自发展数值模拟，能够产生类似在地表观测到的磁场。自此之后，针对长达数十万年的模拟运算，结果显示对流确实能造成地核–地函交界面上的反向通量斑块，就像在人造卫星图像上见到的一般。这些斑块往往在磁偶极的自发性反转前出现，而有些模拟也能产生磁偶极反转的现象。

【意犹未尽吗？欲阅读完整全文，请参阅科学人2005年5月号〈地球磁场即将反转？〉】

来自 http://www.sciam.com.tw/read/reads...670&DocNo=1074