我小时候住在新罕布什尔州南部，我家就在一个废弃农场的旧址上，那里有巨大的花岗岩石砌地基，曾是房屋的所在地。石墙蜿蜒穿过森林。当我探索着高大的橡树和枫树组成的密林时，我常常想，是谁建造了这些墙，又为何而建？这些墙里藏着什么故事？
几十年后，当我居住在纽约州北部一个乡村地区，并且即将作为一名地质学家退休时，我曾对建造这些石墙的兴趣又被邻近森林的徒步旅行重新点燃。此时，我已经知道，新英格兰和纽约的石墙是一个时代的标志性遗迹，那时农民为了种植作物和放牧牲畜，需要清除土地上的石头。在约10,000年前结束的最后一次冰川作用期间，数吨的花岗岩被沉积在该地区。
到19世纪末，近17万个自给自足的农户估计在东北部建造了24.6万英里的石墙。但那时，工业革命已经开始导致美国东北部这些农场的广泛废弃。在几十年内，它们被森林所覆盖。
在我最近几次在林中散步时，我突发奇想，用一台手持GPS设备绘制了几英里的石墙路线。正是在那时，我意识到，除了作为美国遗产的一部分，它们的分布还记录了地球磁场几个世纪以来的漂移历史。
将石墙与历史地图联系起来
在我用GPS测绘出的复杂石墙网络起初让我一头雾水，直到我在当地历史学会找到了一张我所在城镇的旧地界图。突然间，我发现我地图上的一些石墙竟然与1790年的地界线相符。它们标记着边界。
随后，我对教会记录和联邦人口普查数十年的研究，揭示了这些农户的姓名以及他们生活的细节，包括年收成。我开始觉得，这些石墙仿佛让我与那些早已离去、在这片土地上辛勤耕耘的人们取得了联系。
现在，我科学家的大脑开始飞速运转。这个城镇区域18世纪和19世纪的原始土地勘测图是否还存在？那些原始勘测图上的地界线的磁罗盘方位角是多少？
我知道，磁北极的位置会随着时间漂移，这是由于地球核心的变化造成的。我能否利用石墙和旧的土地勘测图来确定它的漂移？我绘制的石墙初步地图和几份历史勘测图表明，这个方法有潜力。
然而，要具有任何科学价值，这项工作必须涵盖更广阔的区域。我需要一种新的策略来寻找和绘制石墙。幸运的是，我找到了两处有价值的信息来源。首先，纽约州档案馆保存着数百份18世纪和19世纪的原始土地勘测图。其次，公开的机载LiDAR（激光雷达）图像可以揭示隐藏在森林冠层下方的石墙，覆盖范围远超我徒步能够覆盖的区域。
追踪磁北极随时间漂移
地球每24小时绕其轴心自转一次。在北半球，这个自转轴心的位置被称为真北，它非常缓慢地移动。然而，在几个世纪的时间尺度上，真北的位置可以被认为是固定的。
但指南针指向北方时，并不是指向那里。地磁北极的位置不仅与真北不同，而且变化迅速——目前在新英格兰地区，大约每10年变化一度。
真北和磁北之间的方向差异（在地球上特定时间和地点的）被称为磁偏角。目前，关于历史磁偏角变化的全球信息，是基于1590年以来船舶导航日志中记录的数千个磁罗盘方位角。
但现在，我关于726英里石墙的研究为1685年至1910年间的磁偏角提供了独立的验证。
原理如下。当定居者在他们的地块边界堆砌石头时，他们使用的是根据测量员的罗盘读数确定的地界线。利用LiDAR图像，可以确定这些石墙相对于真北的方位角，并与测量员的磁方位角进行比较。其差值就是原始测量时的磁偏角。
例如，在1768年，新罕布什尔州斯托达德镇的原始测量图将该镇划分为数百个地块，其边界的磁罗盘方位角分别为N80度W和N14度E。随着土地被开垦为农田，地主们沿着1768年测量出的边界及其内部建造了石墙。
现在，人们可以将这些由石墙界定的边界相对于今天的磁北极和真北的方位角进行比较。其差异表明，该地1768年的磁偏角为7.6 ± 0.3度W。这与科学家目前的地球物理模型非常吻合。由于该地今天的磁偏角为14.2度W，自1768年以来，该地磁北极的方向向西移动了约6.6度。
这些石墙提供的数据加强了当前关于地球磁场的地球物理模型。
John Delano是纽约州立大学奥尔巴尼分校大气与环境科学杰出教学教授。本文最初发表于The Conversation。
