【郑州市第七人民医院普外科专家张聪敏：锐意进取让微创成为“名片”】
“有时去治愈，常常去帮助，总是去安慰。”美国医生特鲁多的这句名言流传甚广，讲述了为医的三种境界，这也是郑州市第七人民医院普外科二病区主任张聪敏的座右铭。从医30多年来，他不断钻研新医术，将治病救人当做“第二生命”。
在张聪敏的眼里，病无大小之分，一切疾病自己都要全力以赴地去解决。多年来，张聪敏与时俱进地与病魔做近身搏斗，通过日复一日的临床手术，他开创了吻合器痔上黏膜环切术、腹腔镜下疝修补术及小儿疝囊高位结扎术、腹腔镜下肝脓肿切开引流术、腹腔镜下结直肠癌根治术、腹腔镜联合消化内镜胃肿瘤切除术等微创手术，改变了多项手术医院接诊患者为0的历史。
1个小时取出250g瘤子
张聪敏说，一位脖子里长肿瘤的患者李先生，让他印象深刻。
李先生是周口人，年轻时脖子里起了个肿块，他没有重视，结果这个肿块一直长到了拳头般大小。经朋友介绍，他辗转来到了郑州市第七人民医院。
张聪敏通过彩超、CT等设备进行仔细检查，发现李先生得的是良性甲状腺瘤，这个瘤子很大，运用一般的保守治疗已经起不到太大作用，手术是唯一有希望为李先生解决病痛的途径。
“考虑到甲状腺周围的血管、神经丰富，如何把肿瘤剥离又不对其周围的血管、神经造成损害？喉返神经如何保护？针对这些问题，我们在术前就已经做了精心准备。”张聪敏介绍，该瘤子尽管是良性的，但其位置紧邻气管、食管、颈动脉、神经等，稍有不慎，患者就有生命危险。通过科内会诊，充分预估手术风险，他仔细写下了患者术后有可能产生的一系列并发症，专门针对李先生制定了详细的手术方案。考虑到患者甲状腺巨大，他特意在术前预备了和患者匹配的血液。
经过1个小时的手术，张聪敏团队成功为患者取出了重达250g的瘤子。
70岁患者50天3次起死回生
患者王先生今年70岁，漯河人，17岁时就患有胃溃疡等疾病，几十年过去，他的身体越来越吃不消。
“我是做植物学研究的，为了项目成果进展顺利，我将全部身心放到了植物身上，却忽略了自身的健康。今年6月，眼看着项目就要成功，结果自己病倒了。”明显身体消瘦的王先生告诉记者，由于身体原因，他已经在床上躺了50天，这期间他3次病危，全靠张聪敏医生妙手回春。
据张聪敏介绍，王先生的胃溃疡发生在胃和十二指肠交界处，由于长年溃疡发作，导致他胃黏膜瘢痕增生，进而致幽门狭窄，引起梗阻。出现胃梗阻以后，吃进去的食物不能从胃排空，导致患者进食后出现腹胀、腹痛、恶心、呕吐，呕吐后症状明显缓解。于是张聪敏把患者发病处结扎，然后另选一处，将胃和另一处肠道相连，达到维持营养吸收的目的。
后来，王先生又先后出现了胆囊坏死、胆汁外流等症状，张聪敏分别施治，终于让王先生的身体状况有所好转。多日不能进食的他，在9月4日喝下了半碗小米粥，这让王先生的家人激动不已。
无痛治疗痔疮
俗话说“十人九痔”，谈起痔疮，大家往往把它和开刀、疼痛联系在一起。事实上，经过多年的临床研究，以张聪敏为代表的普外科二病区团队，早已对这项操作技术进行改良，使用微创等小切口的方法就可实现治愈痔疮的目的。
开封的张先生今年38岁，是一名挖掘机司机，由于工作需要，他必须长时间开车，时间久了就患上了痔疮，让他苦不堪言。
“自从得了这个病，我常常坐立不安。我得的是外痔，一个工友告诉我，治这个病需要手术切除，然后要连续10多天进行换药，每次换药都让人痛不欲生。”张先生也正因为如此，一直下定不了决心去做这项手术，近日他还是在妻子的鼓励下来到郑州市第七人民医院普外科二病区。
张聪敏告诉他，医院只是采取微创手术，创伤小，安全性高，术后会为他用活血及促进伤口愈合的药物进行缓解。张先生在该科室接受手术后，2天时间就痊愈出院。
张聪敏提醒，目前，该院针对常见的痔疮、占位性病变、痔疮息肉、直肠息肉、肛瘘、肛门狭窄等开展了吻合器痔上黏膜环切术、痔上黏膜套扎术等一系列微创手术，术后痛苦少、住院时间短、恢复时间快、术后并发症少且复发率低，能极大地改善痔疮患者的生活质量，患者就诊大可不必有太多顾虑。
让微创成为“名片”
近年来，郑州市第七人民医院普外科二病区大多数治疗采用了微创的形式，包括阑尾炎、肠梗阻、胆囊结石、胆囊炎、甲状腺瘤、下肢静脉曲张、疝气、痔疮等多种疾病，都可运用创口小、痛苦少、术后恢复好的微创手术来进行治疗。
“我院普外科二病区大规模开展腹腔镜手术，显著提高了外科手术的腹腔镜微创治疗的腔镜化率，充分体现了腹腔镜技术优势。”张聪敏介绍，腹腔镜手术是一门新发展起来的微创治疗技术，代表了外科治疗的发展方向。多年来，该科越来越多的手术通过微创技术完成，已常规开展腹腔镜胆囊切除、阑尾切除、无张力疝修补术、胆总管探查术、脾切除术、阑尾周围脓肿切开引流术、复杂胆囊切除术，近期开展的结直肠癌根治术、胃癌根治术、腹腔巨大良性肿物切除术等，使普外科腹腔镜微创手术再上新台阶。（顶端新闻·大河健康报记者 张保富）
“有时去治愈，常常去帮助，总是去安慰。”美国医生特鲁多的这句名言流传甚广，讲述了为医的三种境界，这也是郑州市第七人民医院普外科二病区主任张聪敏的座右铭。从医30多年来，他不断钻研新医术，将治病救人当做“第二生命”。
在张聪敏的眼里，病无大小之分，一切疾病自己都要全力以赴地去解决。多年来，张聪敏与时俱进地与病魔做近身搏斗，通过日复一日的临床手术，他开创了吻合器痔上黏膜环切术、腹腔镜下疝修补术及小儿疝囊高位结扎术、腹腔镜下肝脓肿切开引流术、腹腔镜下结直肠癌根治术、腹腔镜联合消化内镜胃肿瘤切除术等微创手术，改变了多项手术医院接诊患者为0的历史。
1个小时取出250g瘤子
张聪敏说，一位脖子里长肿瘤的患者李先生，让他印象深刻。
李先生是周口人，年轻时脖子里起了个肿块，他没有重视，结果这个肿块一直长到了拳头般大小。经朋友介绍，他辗转来到了郑州市第七人民医院。
张聪敏通过彩超、CT等设备进行仔细检查，发现李先生得的是良性甲状腺瘤，这个瘤子很大，运用一般的保守治疗已经起不到太大作用，手术是唯一有希望为李先生解决病痛的途径。
“考虑到甲状腺周围的血管、神经丰富，如何把肿瘤剥离又不对其周围的血管、神经造成损害？喉返神经如何保护？针对这些问题，我们在术前就已经做了精心准备。”张聪敏介绍，该瘤子尽管是良性的，但其位置紧邻气管、食管、颈动脉、神经等，稍有不慎，患者就有生命危险。通过科内会诊，充分预估手术风险，他仔细写下了患者术后有可能产生的一系列并发症，专门针对李先生制定了详细的手术方案。考虑到患者甲状腺巨大，他特意在术前预备了和患者匹配的血液。
经过1个小时的手术，张聪敏团队成功为患者取出了重达250g的瘤子。
70岁患者50天3次起死回生
患者王先生今年70岁，漯河人，17岁时就患有胃溃疡等疾病，几十年过去，他的身体越来越吃不消。
“我是做植物学研究的，为了项目成果进展顺利，我将全部身心放到了植物身上，却忽略了自身的健康。今年6月，眼看着项目就要成功，结果自己病倒了。”明显身体消瘦的王先生告诉记者，由于身体原因，他已经在床上躺了50天，这期间他3次病危，全靠张聪敏医生妙手回春。
据张聪敏介绍，王先生的胃溃疡发生在胃和十二指肠交界处，由于长年溃疡发作，导致他胃黏膜瘢痕增生，进而致幽门狭窄，引起梗阻。出现胃梗阻以后，吃进去的食物不能从胃排空，导致患者进食后出现腹胀、腹痛、恶心、呕吐，呕吐后症状明显缓解。于是张聪敏把患者发病处结扎，然后另选一处，将胃和另一处肠道相连，达到维持营养吸收的目的。
后来，王先生又先后出现了胆囊坏死、胆汁外流等症状，张聪敏分别施治，终于让王先生的身体状况有所好转。多日不能进食的他，在9月4日喝下了半碗小米粥，这让王先生的家人激动不已。
无痛治疗痔疮
俗话说“十人九痔”，谈起痔疮，大家往往把它和开刀、疼痛联系在一起。事实上，经过多年的临床研究，以张聪敏为代表的普外科二病区团队，早已对这项操作技术进行改良，使用微创等小切口的方法就可实现治愈痔疮的目的。
开封的张先生今年38岁，是一名挖掘机司机，由于工作需要，他必须长时间开车，时间久了就患上了痔疮，让他苦不堪言。
“自从得了这个病，我常常坐立不安。我得的是外痔，一个工友告诉我，治这个病需要手术切除，然后要连续10多天进行换药，每次换药都让人痛不欲生。”张先生也正因为如此，一直下定不了决心去做这项手术，近日他还是在妻子的鼓励下来到郑州市第七人民医院普外科二病区。
张聪敏告诉他，医院只是采取微创手术，创伤小，安全性高，术后会为他用活血及促进伤口愈合的药物进行缓解。张先生在该科室接受手术后，2天时间就痊愈出院。
张聪敏提醒，目前，该院针对常见的痔疮、占位性病变、痔疮息肉、直肠息肉、肛瘘、肛门狭窄等开展了吻合器痔上黏膜环切术、痔上黏膜套扎术等一系列微创手术，术后痛苦少、住院时间短、恢复时间快、术后并发症少且复发率低，能极大地改善痔疮患者的生活质量，患者就诊大可不必有太多顾虑。
让微创成为“名片”
近年来，郑州市第七人民医院普外科二病区大多数治疗采用了微创的形式，包括阑尾炎、肠梗阻、胆囊结石、胆囊炎、甲状腺瘤、下肢静脉曲张、疝气、痔疮等多种疾病，都可运用创口小、痛苦少、术后恢复好的微创手术来进行治疗。
“我院普外科二病区大规模开展腹腔镜手术，显著提高了外科手术的腹腔镜微创治疗的腔镜化率，充分体现了腹腔镜技术优势。”张聪敏介绍，腹腔镜手术是一门新发展起来的微创治疗技术，代表了外科治疗的发展方向。多年来，该科越来越多的手术通过微创技术完成，已常规开展腹腔镜胆囊切除、阑尾切除、无张力疝修补术、胆总管探查术、脾切除术、阑尾周围脓肿切开引流术、复杂胆囊切除术，近期开展的结直肠癌根治术、胃癌根治术、腹腔巨大良性肿物切除术等，使普外科腹腔镜微创手术再上新台阶。（顶端新闻·大河健康报记者 张保富）
#生物医疗科技[超话]# 【交叉使用抗生素，或可对抗耐药性】
抗生素在临床的广泛应用大大降低了人类和动物细菌感染性疾病的发病率和死亡率。然而，抗生素的大量使用，导致细菌通过获得基因或染色体突变，使之能够耐受这些药物，从而产生细菌耐药性，使得多种传染病可能没有可行的抗生素治疗，对人类健康造成巨大的风险。
更糟糕的是，由于种种原因，新型有效的抗生素的开发变得越来越艰难，抗生素的开发速度难以跟上细菌产生耐药的速度。由此产生的抗生素耐药机制发展和携带这些耐药基因的细菌传播，已成为全球公共卫生面临的严峻挑战。
近日，研究人员发现使用相似、但经常互换的抗生素进行序贯治疗，可以有效杀死细菌和防止抗药性产生。研究人员使用了名为铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的细菌进行试验，测试了其三种不同序列的抗生素，并测量了它们在杀死进化的细菌细胞的不同亚群时的效力。
其中有两组抗生素属于ß-内酰胺的药物，它们有一个共同的结构成分--ß-内酰胺环。另一组抗生素则通过不同的机制发挥作用。结果表明，使用这两套ß-内酰胺类抗生素治疗，比不使用ß-内酰胺类抗生素更能杀死细菌群体。
为了进一步探明该抗生素的内在机制，研究人员使用了ß-内酰胺类抗生素序列来处理铜绿假单胞菌种群的生长、耐药性特征和全基因组序列的变化。发现当序列被快速切换时，切换到多里培南时的细菌生长要比其他两种抗生素低得多，这表明对这种药物的抗性可能出现得更慢。
此外，多里培南的自发耐药性发展要比其他两种药物低得多，对这种药物的交叉耐药性也比其他两种抗生素少。这就说明，这种缺乏交叉耐药性的情况可能存在某些附带的敏感性。
总的来说，该结果挑战了一个广泛的假设，即使用类似的抗生素会促进药物的交叉耐药性。未来，希望现有的抗生素可以提供未开发的、高度有效的治疗方案。
抗生素在临床的广泛应用大大降低了人类和动物细菌感染性疾病的发病率和死亡率。然而，抗生素的大量使用，导致细菌通过获得基因或染色体突变，使之能够耐受这些药物，从而产生细菌耐药性，使得多种传染病可能没有可行的抗生素治疗，对人类健康造成巨大的风险。
更糟糕的是，由于种种原因，新型有效的抗生素的开发变得越来越艰难，抗生素的开发速度难以跟上细菌产生耐药的速度。由此产生的抗生素耐药机制发展和携带这些耐药基因的细菌传播，已成为全球公共卫生面临的严峻挑战。
近日，研究人员发现使用相似、但经常互换的抗生素进行序贯治疗，可以有效杀死细菌和防止抗药性产生。研究人员使用了名为铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的细菌进行试验，测试了其三种不同序列的抗生素，并测量了它们在杀死进化的细菌细胞的不同亚群时的效力。
其中有两组抗生素属于ß-内酰胺的药物，它们有一个共同的结构成分--ß-内酰胺环。另一组抗生素则通过不同的机制发挥作用。结果表明，使用这两套ß-内酰胺类抗生素治疗，比不使用ß-内酰胺类抗生素更能杀死细菌群体。
为了进一步探明该抗生素的内在机制，研究人员使用了ß-内酰胺类抗生素序列来处理铜绿假单胞菌种群的生长、耐药性特征和全基因组序列的变化。发现当序列被快速切换时，切换到多里培南时的细菌生长要比其他两种抗生素低得多，这表明对这种药物的抗性可能出现得更慢。
此外，多里培南的自发耐药性发展要比其他两种药物低得多，对这种药物的交叉耐药性也比其他两种抗生素少。这就说明，这种缺乏交叉耐药性的情况可能存在某些附带的敏感性。
总的来说，该结果挑战了一个广泛的假设，即使用类似的抗生素会促进药物的交叉耐药性。未来，希望现有的抗生素可以提供未开发的、高度有效的治疗方案。
【穿越千年，古赤道极光揭示地磁异常演化】提起绚丽多彩的极光，人们就会想到南北极。鲜为人知的是，在地球赤道上也有可能看到极光。
这种现象很多时候与地球磁场异常有关。人们都知道地球有南北两个对称的磁极，不过，地球上还有一些少为人知的地磁异常区——高于或低于同纬度地区磁场强度的正异常区或负异常区。赤道极光就与地磁负异常有关。
先别对飞往赤道看极光感到欣喜，地磁异常也是地球南北磁极倒转的一个潜在“先兆”。地磁倒转会削弱对地球系统的保护，甚至造成生物大灭绝。
南大西洋异常区（SAA）是今天地球唯一的负地磁异常区，能否通过历史上类似的异常区，增进人们对这一动力学过程的理解？在日前发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中，中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）魏勇研究员带领的团队与英国利兹大学的合作团队利用一把“新钥匙”——千年古籍中记录的赤道极光，首次展示了地球内部与空间的协同演变。
“不安分”的地磁场
在地球系统46亿年演化进程中，磁场的出现和演化，与其他因素共同作用塑造了今天生机勃勃的宜居地球。
“地磁场穿越厚达3000公里的地幔与地壳达到地表，并远远地延伸到太空中去。太空中的这一部分地磁场包裹的空间即‘磁层’，在靠近太阳的一侧能达到10个地球半径（地球半径为6371公里）那么远，而在远离太阳的一侧可能达到上千个地球半径。”论文第一作者、地质地球所研究员何飞向《中国科学报》解释。
相关论文信息：
https://t.cn/A6Mh4zxT
https://t.cn/A6bFjcQh
https://t.cn/A6Mh4zxH
他表示，由于带电粒子遇到磁场后运动方向会发生偏转，巨大的磁层把地球包裹于其中，对地球生物圈产生了双重保护作用：避免外来的高能带电粒子入侵；减少大气层中的带电粒子逃逸。
地球磁场可以分为四大部分：主磁场、地壳异常磁场（也称岩石圈磁场）、外源变化场和地球内部感应磁场。这些磁场组份的物理起源和时空分布特征各不相同。现今主磁场——偶极磁场占地球磁场的97%。
在众多地球主磁场起源假说中，今天科学家们更认同“地核发电机”假说——地心外核中处于熔融状态的金属铁的持续对流过程。“如果说磁流体对流过程能够产生或增强磁场；那么磁扩散过程则恰好相反，它使磁场趋于均匀分布，并总是趋于衰减。这两个过程决定了偶极磁场的变化。”该项研究方案的设计者兼共同通讯作者、地质地球所研究员魏勇解释说。
图1：地磁场来自于地球内部这台发电机 地质地球所供图
他表示，如果外地核某些区域的流动因地幔运动状态和热力学状态的改变出现异常，不足以补偿磁扩散引起的衰减，在长时间积累下，该区域就会表现出磁场强度明显低于其他区域，即负磁异常区。一旦磁层变小了，对该区域的保护作用也会随之变小。
“除了负地磁异常区，地球磁场也存在正磁异常区。”他说，目前地球磁场的三个正磁异常区分别位于北美洲北部、西伯利亚，以及南极大陆与大洋洲之间的海洋。
不止如此，他指出，“发电机”过程的剧烈变化还可能导致全球性磁场减弱，或是磁偶极子减弱、磁多极子增强，甚至发生南北磁极的倒转。
“当南北磁极调换，导致地磁保护层消失，宇宙辐射就会直接穿越到大气层里，其中就包括致命的射线。”魏勇说。此外，候鸟南飞北迁要依靠地磁场进行全球定位，人类的导航、卫星系统不少都是根据磁极判断方向。“一旦颠倒，天上飞的、地上爬的各种交通工具，就会‘碰碰车’，给人类带来巨大麻烦。”
古籍中的那束光
磁场的起源和长期演化一直是地球系统科学关注的重点和难点。赤道极光为破解这一难题照亮了一束光。
“事实上，极光（aurora）的本意是曙光，与南北极并没有任何关系。”魏勇解释说，现代科学之父伽利略在1619年率先使用了“aurora borealis”一词来称呼北极光，其后又有人使用“aurora australis”称呼南极光，久而久之， 它就具有了“极光”之义。天空中的大气发光现象种类繁多，但空间物理学家对极光现象有明确的界定：由太空中的带电粒子轰击大气粒子而产生。
“极光是高层大气中的一种特殊发光现象。从广义来讲，所有高能粒子与中性大气碰撞激发的光辐射都可称为极光。”何飞也表示，传统认为极光只发生在南北两极环绕磁轴的椭圆环带中（又称极光卵），这主要取决于偶极磁场在南北两极汇聚形成的特殊漏斗状结构。
偶尔在极端空间天气事件期间，极光卵会扩展到中低纬度。不过，他表示，正常情况下，在低纬度区域，高能粒子很难跨域磁力线穿透高层大气，因此极少会观测到极光现象。
“但在负地磁异常区内，磁场强度比同纬度的其他地区至少低一半，保护作用被减弱，导致更多的内辐射带高能带电粒子进入高层大气，并通过碰撞激发类似极光的发光现象。”何飞说，科学家已经在SAA异常区观测到了红色的极光。
在2020年发表于《国家科学评论》的一项研究中，中科院院士万卫星与魏勇、何飞等系统总结了以SAA为代表的负地磁异常区高能带电粒子沉降特征、粒子碰撞发光现象和历史观测研究现状，在上世纪六七十年代空间物理研究的基础上重新聚焦赤道极光研究。
由于现今地球只有一个负地磁异常区，科学家希望通过历史上发生的其他负地磁异常区增进对地磁演化过程的理解。利用古代航海数据建立的全球地磁模型，他们认为16-18世纪期间，西太平洋地区存在明显的负地磁异常，即西太平洋地磁异常区（WPA）。有趣的是，研究表明正如SAA位于非洲低剪切速度地幔异常体（LLVP）的西边缘，WPA在地理上位于太平洋LLVP的西边缘，这表明WPA也可能像SAA一样，是由地幔驱动的特征。
“除了从地球内部寻找WPA的证据外，大气异常现象提供了获取WPA演化线索的另一个路径。”魏勇说，在WPA的北方，古代中国、朝鲜和日本保存了大量的历史古籍，特别是在16-18世纪古朝鲜大量官方日记持续且详细地记载了天气、天象等信息。其中一种夜间大气发光现象——“有气如火光”被频繁记录。
图2：朝鲜半岛观察赤道极光示意图 地质地球所供图
图3：古朝鲜极光记录 地质地球所
对此，魏勇认为这正是由朝鲜半岛南方的负磁场异常引起的高能粒子沉降产生的赤道极光。他带领团队对朝鲜古籍进行了系统的整理，共发掘出公元1012-1811年800年间的2013条极光记录。
这些赤道极光与WPA存在怎样的联系？它能够告诉人们关于WPA的哪些演化特征？魏勇、何飞和地质地球所研究员朱日祥院士联合英国利兹大学教授菲利普·利弗莫尔（Philip Livermore）团队，开展了赤道极光和地球发电机模拟的交叉研究工作，揭示出WPA百年时间尺度的震荡特征。研究表明太平洋和朝鲜半岛下部的上升流可能是引起磁场震荡的关键：大约每100年发生一次，每一次之后都有下降流或其他机制来重新增强磁场。
多位审稿人认为对这项予以高度评价，认为研究结果首次清晰地展示了地球内部与空间的协同演变，为今后相关区域考古磁学工作提出了新方向，也为当今SAA区域研究提供了新思路。“作者利用古代朝鲜的历史极光记录，为地球发电机提供了一个令人兴奋的新视角。”一位审稿人说。
破译历史 预测未来
科学研究表明，近数十年来，SAA的磁场还在持续减弱，范围也在不断移动和扩大，磁暴期间越来越频繁地观测到赤道极光，一些地方甚至肉眼可见。
那么，地球是否可能发生磁极倒转的情况？“如果全球性的磁场减弱持续发展，则有可能迎来下一次地磁倒转。”何飞对本报说，“但这只是推测，因为历史上地磁倒转的发生并没有固定的规律，每次磁极倒转需要的时间也是几千年不等。地球历史上已知的地磁倒转发生间隔在几十万年到上百万年不等，上一次倒转发生在78万年前。
科学家已经通过“蛛丝马迹”发现地磁倒转和地磁异常带来的影响。例如，美国卡耐基研究所的科学家在分析远古岩石中的磁场极性时发现，在距今6.5亿到10亿年之间，地球出现了多个磁极，导致地球磁场出现混乱。而恰巧在这段时间中，地球出现了雪球事件、寒武纪灭绝事件等与生命有关的重大自然事件。他们推测，磁场的混乱可能是导致这些事件发生的原因。
近日，利物浦大学的研究人员对苏格兰东部古熔岩流的岩石样本进行热微波古地磁分析后发现，在4.16亿至3.32亿年前，这些岩石中保存下来的地磁场强度不到今天的1/4。而科学研究表明泥盆纪-石炭纪（4.19亿~2.86亿年前）的大规模灭绝与较高的紫外线（UV-B）辐射有关。作者表示这说明了弱磁场对地球生命的影响。
由此可见，破译过去地磁场强度的变化具有重要意义，它可以提供数亿年来地球深部过程的变化，进一步丰富和完善地球发电机过程，并为未来地磁可能如何波动或倒转提供线索。
“我们的这项工作只是初步的，未来应加强在我国南海、东南亚地区、孟加拉湾地区的考古磁学和古地磁研究，丰富和完善公元1800年之前的地磁记录，为构建准确的WPA演化模型提供基础数据，从而也为预测地球磁场的未来演变提供坚实的依据。”何飞说。
“中华文明源远流长，我国的正史和地方志中保存着丰富的自然现象记录，是研究人类周围各种环境变量长期变化的宝贵资料，甚至经常是唯一资料。朝鲜半岛、日本、越南等国家的正史大部分使用汉语写作，内容和体例也有一大部分承袭自我国，因此也保留了许多具有重要科学价值的资料。我国学者应当发挥自身文化优势，投入到这一研究领域中来。”魏勇说。https://t.cn/A6Mh4zxY
这种现象很多时候与地球磁场异常有关。人们都知道地球有南北两个对称的磁极，不过，地球上还有一些少为人知的地磁异常区——高于或低于同纬度地区磁场强度的正异常区或负异常区。赤道极光就与地磁负异常有关。
先别对飞往赤道看极光感到欣喜，地磁异常也是地球南北磁极倒转的一个潜在“先兆”。地磁倒转会削弱对地球系统的保护，甚至造成生物大灭绝。
南大西洋异常区（SAA）是今天地球唯一的负地磁异常区，能否通过历史上类似的异常区，增进人们对这一动力学过程的理解？在日前发表于美国《国家科学院院刊》的一项研究中，中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）魏勇研究员带领的团队与英国利兹大学的合作团队利用一把“新钥匙”——千年古籍中记录的赤道极光，首次展示了地球内部与空间的协同演变。
“不安分”的地磁场
在地球系统46亿年演化进程中，磁场的出现和演化，与其他因素共同作用塑造了今天生机勃勃的宜居地球。
“地磁场穿越厚达3000公里的地幔与地壳达到地表，并远远地延伸到太空中去。太空中的这一部分地磁场包裹的空间即‘磁层’，在靠近太阳的一侧能达到10个地球半径（地球半径为6371公里）那么远，而在远离太阳的一侧可能达到上千个地球半径。”论文第一作者、地质地球所研究员何飞向《中国科学报》解释。
相关论文信息：
https://t.cn/A6Mh4zxT
https://t.cn/A6bFjcQh
https://t.cn/A6Mh4zxH
他表示，由于带电粒子遇到磁场后运动方向会发生偏转，巨大的磁层把地球包裹于其中，对地球生物圈产生了双重保护作用：避免外来的高能带电粒子入侵；减少大气层中的带电粒子逃逸。
地球磁场可以分为四大部分：主磁场、地壳异常磁场（也称岩石圈磁场）、外源变化场和地球内部感应磁场。这些磁场组份的物理起源和时空分布特征各不相同。现今主磁场——偶极磁场占地球磁场的97%。
在众多地球主磁场起源假说中，今天科学家们更认同“地核发电机”假说——地心外核中处于熔融状态的金属铁的持续对流过程。“如果说磁流体对流过程能够产生或增强磁场；那么磁扩散过程则恰好相反，它使磁场趋于均匀分布，并总是趋于衰减。这两个过程决定了偶极磁场的变化。”该项研究方案的设计者兼共同通讯作者、地质地球所研究员魏勇解释说。
图1：地磁场来自于地球内部这台发电机 地质地球所供图
他表示，如果外地核某些区域的流动因地幔运动状态和热力学状态的改变出现异常，不足以补偿磁扩散引起的衰减，在长时间积累下，该区域就会表现出磁场强度明显低于其他区域，即负磁异常区。一旦磁层变小了，对该区域的保护作用也会随之变小。
“除了负地磁异常区，地球磁场也存在正磁异常区。”他说，目前地球磁场的三个正磁异常区分别位于北美洲北部、西伯利亚，以及南极大陆与大洋洲之间的海洋。
不止如此，他指出，“发电机”过程的剧烈变化还可能导致全球性磁场减弱，或是磁偶极子减弱、磁多极子增强，甚至发生南北磁极的倒转。
“当南北磁极调换，导致地磁保护层消失，宇宙辐射就会直接穿越到大气层里，其中就包括致命的射线。”魏勇说。此外，候鸟南飞北迁要依靠地磁场进行全球定位，人类的导航、卫星系统不少都是根据磁极判断方向。“一旦颠倒，天上飞的、地上爬的各种交通工具，就会‘碰碰车’，给人类带来巨大麻烦。”
古籍中的那束光
磁场的起源和长期演化一直是地球系统科学关注的重点和难点。赤道极光为破解这一难题照亮了一束光。
“事实上，极光（aurora）的本意是曙光，与南北极并没有任何关系。”魏勇解释说，现代科学之父伽利略在1619年率先使用了“aurora borealis”一词来称呼北极光，其后又有人使用“aurora australis”称呼南极光，久而久之， 它就具有了“极光”之义。天空中的大气发光现象种类繁多，但空间物理学家对极光现象有明确的界定：由太空中的带电粒子轰击大气粒子而产生。
“极光是高层大气中的一种特殊发光现象。从广义来讲，所有高能粒子与中性大气碰撞激发的光辐射都可称为极光。”何飞也表示，传统认为极光只发生在南北两极环绕磁轴的椭圆环带中（又称极光卵），这主要取决于偶极磁场在南北两极汇聚形成的特殊漏斗状结构。
偶尔在极端空间天气事件期间，极光卵会扩展到中低纬度。不过，他表示，正常情况下，在低纬度区域，高能粒子很难跨域磁力线穿透高层大气，因此极少会观测到极光现象。
“但在负地磁异常区内，磁场强度比同纬度的其他地区至少低一半，保护作用被减弱，导致更多的内辐射带高能带电粒子进入高层大气，并通过碰撞激发类似极光的发光现象。”何飞说，科学家已经在SAA异常区观测到了红色的极光。
在2020年发表于《国家科学评论》的一项研究中，中科院院士万卫星与魏勇、何飞等系统总结了以SAA为代表的负地磁异常区高能带电粒子沉降特征、粒子碰撞发光现象和历史观测研究现状，在上世纪六七十年代空间物理研究的基础上重新聚焦赤道极光研究。
由于现今地球只有一个负地磁异常区，科学家希望通过历史上发生的其他负地磁异常区增进对地磁演化过程的理解。利用古代航海数据建立的全球地磁模型，他们认为16-18世纪期间，西太平洋地区存在明显的负地磁异常，即西太平洋地磁异常区（WPA）。有趣的是，研究表明正如SAA位于非洲低剪切速度地幔异常体（LLVP）的西边缘，WPA在地理上位于太平洋LLVP的西边缘，这表明WPA也可能像SAA一样，是由地幔驱动的特征。
“除了从地球内部寻找WPA的证据外，大气异常现象提供了获取WPA演化线索的另一个路径。”魏勇说，在WPA的北方，古代中国、朝鲜和日本保存了大量的历史古籍，特别是在16-18世纪古朝鲜大量官方日记持续且详细地记载了天气、天象等信息。其中一种夜间大气发光现象——“有气如火光”被频繁记录。
图2：朝鲜半岛观察赤道极光示意图 地质地球所供图
图3：古朝鲜极光记录 地质地球所
对此，魏勇认为这正是由朝鲜半岛南方的负磁场异常引起的高能粒子沉降产生的赤道极光。他带领团队对朝鲜古籍进行了系统的整理，共发掘出公元1012-1811年800年间的2013条极光记录。
这些赤道极光与WPA存在怎样的联系？它能够告诉人们关于WPA的哪些演化特征？魏勇、何飞和地质地球所研究员朱日祥院士联合英国利兹大学教授菲利普·利弗莫尔（Philip Livermore）团队，开展了赤道极光和地球发电机模拟的交叉研究工作，揭示出WPA百年时间尺度的震荡特征。研究表明太平洋和朝鲜半岛下部的上升流可能是引起磁场震荡的关键：大约每100年发生一次，每一次之后都有下降流或其他机制来重新增强磁场。
多位审稿人认为对这项予以高度评价，认为研究结果首次清晰地展示了地球内部与空间的协同演变，为今后相关区域考古磁学工作提出了新方向，也为当今SAA区域研究提供了新思路。“作者利用古代朝鲜的历史极光记录，为地球发电机提供了一个令人兴奋的新视角。”一位审稿人说。
破译历史 预测未来
科学研究表明，近数十年来，SAA的磁场还在持续减弱，范围也在不断移动和扩大，磁暴期间越来越频繁地观测到赤道极光，一些地方甚至肉眼可见。
那么，地球是否可能发生磁极倒转的情况？“如果全球性的磁场减弱持续发展，则有可能迎来下一次地磁倒转。”何飞对本报说，“但这只是推测，因为历史上地磁倒转的发生并没有固定的规律，每次磁极倒转需要的时间也是几千年不等。地球历史上已知的地磁倒转发生间隔在几十万年到上百万年不等，上一次倒转发生在78万年前。
科学家已经通过“蛛丝马迹”发现地磁倒转和地磁异常带来的影响。例如，美国卡耐基研究所的科学家在分析远古岩石中的磁场极性时发现，在距今6.5亿到10亿年之间，地球出现了多个磁极，导致地球磁场出现混乱。而恰巧在这段时间中，地球出现了雪球事件、寒武纪灭绝事件等与生命有关的重大自然事件。他们推测，磁场的混乱可能是导致这些事件发生的原因。
近日，利物浦大学的研究人员对苏格兰东部古熔岩流的岩石样本进行热微波古地磁分析后发现，在4.16亿至3.32亿年前，这些岩石中保存下来的地磁场强度不到今天的1/4。而科学研究表明泥盆纪-石炭纪（4.19亿~2.86亿年前）的大规模灭绝与较高的紫外线（UV-B）辐射有关。作者表示这说明了弱磁场对地球生命的影响。
由此可见，破译过去地磁场强度的变化具有重要意义，它可以提供数亿年来地球深部过程的变化，进一步丰富和完善地球发电机过程，并为未来地磁可能如何波动或倒转提供线索。
“我们的这项工作只是初步的，未来应加强在我国南海、东南亚地区、孟加拉湾地区的考古磁学和古地磁研究，丰富和完善公元1800年之前的地磁记录，为构建准确的WPA演化模型提供基础数据，从而也为预测地球磁场的未来演变提供坚实的依据。”何飞说。
“中华文明源远流长，我国的正史和地方志中保存着丰富的自然现象记录，是研究人类周围各种环境变量长期变化的宝贵资料，甚至经常是唯一资料。朝鲜半岛、日本、越南等国家的正史大部分使用汉语写作，内容和体例也有一大部分承袭自我国，因此也保留了许多具有重要科学价值的资料。我国学者应当发挥自身文化优势，投入到这一研究领域中来。”魏勇说。https://t.cn/A6Mh4zxY
✋热门推荐