古老的石墙蕴藏着地球磁北极漂移的秘密

当我还是个孩子时，我住在新罕布什尔州南部，我家的房子位于一个废弃的农庄上，那里曾经有住宅，现在由采石场开采的花岗岩构成巨大的石基。石墙蜿蜒穿过整个森林。当我探索高大的橡树和枫树的深林时，我想知道是谁建造了这些墙，以及为什么建造它们。这些墙里有什么故事？

几十年后，我住在纽约州北部的农村，作为一名地质学家，即将退休。一次穿越邻近的树林，重新点燃了我长期沉寂的兴趣。现在我知道，新英格兰和纽约的石墙是农民为了种植庄稼和放牧牲畜而清理土地上的石头时留下的标志性遗迹。在约 10,000 年前结束的上一次冰川期，该地区沉积了成吨的花岗岩。

到 19 世纪末，近 17 万个自给自足的农民家庭在东北部修建了约 246,000 英里的石墙。但那时，工业革命已经开始导致美国东北部这些农场普遍被废弃。几十年内，这些农场就被森林覆盖。

最近，我在树林里散步时，一时兴起，用手持 GPS 设备绘制了几英里长的石墙地图。正是在那时，我意识到，这些石墙的位置不仅是美国遗产的一部分，还记录了地球磁场数百年来的游动历史。

将墙壁与历史地图连接起来

我不明白 GPS 读数中出现的复杂墙壁阵列，直到我在当地历史学会找到一张我所在城镇地产边界的旧地图。突然间，我看到地图上的一些石墙沿着 1790 年的地产线分布。它们标志着边界。

我随后查阅了教堂记录和数十年的联邦人口普查资料，找到了这些农民家庭的名字和他们的生活细节，包括每年的收成。我开始觉得这些石墙让我与那些早已离世、曾在这片土地上耕耘的人们有了联系。

现在，我这个科学家的脑子里开始真正思考起来。18 世纪和 19 世纪对这个城镇的原始土地测量结果还存在吗？原始测量结果中这些边界的磁罗盘方位是多少？

我知道，由于地核的变化，磁北极的位置会随时间漂移。我能用石墙和旧土地测量来确定它的漂移吗？我初步绘制的石墙地图和一些历史调查表明，这种方法很有潜力。

然而，要具有科学价值，这项工作必须涵盖更大的区域。我需要一种不同的策略来寻找和绘制石墙。幸运的是，我找到了两个有用的信息宝库。首先，纽约州档案馆有数百份 18 世纪和 19 世纪的原始土地测量报告。其次，机载 LiDAR（光检测和测距）图像是公开的，可以揭示隐藏在森林树冠下的石墙，这些石墙比我独自步行可以到达的面积大得多。

追踪磁北极随时间的漂移

地球每 24 小时绕地轴旋转一次。北半球的自转轴位置称为真北，其移动速度非常慢。不过，在几个世纪的时间尺度上，真北的位置可以视为静止的。

但那并不是指南针指向北方时所指的方向。北磁极的位置不仅与真北不同，而且变化很快——目前在新英格兰，北磁极的方位变化约为每 10 年 1 度。

真北和磁北（在地球上的特定时间和位置）之间的方向差异称为磁偏角。目前，有关磁偏角历史变化的全球信息基于 1590 年以来船舶航行日志中记录的数千个磁罗盘方位。

但现在，我对 726 英里石墙的研究为 1685 年至 1910 年间的磁偏角提供了独立检验。

逻辑是这样的。当定居者沿着地块边界堆放石头时，他们使用的是根据测量员的罗盘读数划定的产权线。使用激光雷达图像，可以确定这些石墙相对于真北的方位，并与测量员的磁方位进行比较。差异就是最初测量时的磁偏角。

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例如，1768 年，最初的测量将新罕布什尔州的斯托达德镇划分为数百个地块，边界的磁罗盘方位为西经 80 度和东经 14 度。在清理土地用于耕种时，土地所有者在 1768 年测量的边界沿线和边界内修建了石墙。

现在，我们可以比较这些石墙界定的边界相对于今天的磁北和真北的方位。差异表明，1768 年该位置的磁偏角为西经 7.6 ± 0.3 度。这与科学家目前的地球物理模型非常吻合。由于今天该位置的磁偏角为西经 14.2 度，因此自 1768 年以来，该位置的磁北方向已向西移动了约 6.6 度。

来自这些石墙的数据强化了有关地球磁场的当前地球物理模型。

约翰·德拉诺是奥尔巴尼大学和纽约州立大学大气与环境科学的杰出教学教授。本文最初发表于《对话》。