地球科學(xué)概論第八章供參習(xí)

1、For personal use only in study and research; not for commercial use第一節(jié)地磁場及其基本要素地磁場：地球周圍存在的磁場。地磁場三要素：磁感應(yīng)強(qiáng)度磁偏角磁傾角磁感應(yīng)強(qiáng)度為某地點的磁力大小的絕對值，（磁場強(qiáng)度）是個具有方向（磁力線方向）和大小的矢量般在磁兩極附近磁感應(yīng)強(qiáng)度大（約為60 PT （微特拉斯）：在碗赤道附近最?。s為30 UT ）磁偏角是磁力線在水平而上的投影與地理正北方向之間形成的夾角，即磁/午線與地理/午線之間的夾角。磁偏角的大小各處都不相同。在北半球，如果磁力線方向偏向正北方向以東稱為東偏，偏向正北方 向以西稱為西偏

2、。我國東部地區(qū)磁偏角為西偏，甘肅酒泉以西地區(qū)為東偏。磁軸與地球自轉(zhuǎn)軸的夾角現(xiàn)在約為11. 5度，1980年實測的磁北極位于北緯78. 2度、西經(jīng)102. 9度 （加拿大北部），磁南極位于南緯65.5度，東經(jīng)139.4度（南極洲）°長期觀測證實，地磁極圍繞地理極附近進(jìn)行著緩慢的遷移。磁傾角是指磁針北端與水平而的交角。通常以磁針北端向下為正值，向上為負(fù)值。地球農(nóng)而磁傾角為零度的各點的連線稱為地磁赤道；由地磁赤道到地礒北極，磁傾角由0。逐漸變?yōu)?+90° :由地磁赤道到地磁南極，磁傾角由0。變成-90°。地球的磁場強(qiáng)度矢量余地磁要素地磁傾角（二）地磁場的組成地磁場由基本

3、磁場、變化磁場和磁異常三個部分組成。在地球中心假定的磁柱被稱為磁偶極/，由 它產(chǎn)生的偶極（磁場占地磁場成分的95%以上，是構(gòu)成穩(wěn)定地磁場的主體，即地球的基本磁場?；镜卮艌?的強(qiáng)度在地衣附近較強(qiáng)，向上在空氣中逐漸減弱。說明它主要為地內(nèi)因素所控制。變化磁場衣現(xiàn)為日變化.年變化、多年（短周期或長 周期）變化以及突發(fā)性變化主要由于來自地球外部的帶電粒子的作用（非偶極磁場，疊加在基本磁場上太陽是這些帶電粒孑流的主要來源，而當(dāng)它的農(nóng)tfri出現(xiàn)黑耀斑（濟(jì)動特別強(qiáng)烈的區(qū)域）并正對著地球時，便會把人量帶電的粒了拋向地球，使迭加在基本磁場上的變化磁場突然增強(qiáng)，使地磁場發(fā)生人混亂, 出現(xiàn)磁暴。地球兩極常在隨后出

4、現(xiàn)奇異的極光，這也是太陽拋射來的帶電粒/流為地磁極吸引。地球磁層儀器探測證實了地磁場形成個在高層大氣之外，形狀類似慧星的磁性包層，這就是地球磁層。太陽風(fēng)與地磁場和持不下所形成的曲而是磁層的邊界，叫做碗層頂.在初太陽的側(cè)，磯層頂離地心 約有5萬多到7萬多km遠(yuǎn)：背著太陽的側(cè)，可能是這些數(shù)字的100倍以上。磁層的形成，使地球磁場攔截了太陽輻射來的帶電粒了，還有來白宇宙的射線，使它們未能沖到地 面，而是留在高空，環(huán)繞地球流動，這對于生物的生存與繁衍具有重要的作用。地磁場中的非偶極了磁場，主耍就由這種流動的電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生磁異常地殼淺部具有磁性的巖石或礦石所引起的局部磁場，疊加在基本磁場之上。個地點

5、的磁異常可以首先通過對實測磁場強(qiáng)度進(jìn)行變化磁場的校正，然后再減去基本磁場的正常 值來求得。如所得值為正值稱正異常，為負(fù)值稱負(fù)異常。地殼內(nèi)含鐵較多的巖石和富含鐵族元素（Fe、Ti、Cr等）的礦體?？梢鹫女惓?。而膏鹽礦床，石 油、天然氣儲層，富水地層或富水的巖石破碎帶則常引起負(fù)磁異常。Top第二節(jié)地球歷史上的磁場居里點：磁性材料失去磁性的溫度臨界點。當(dāng)磁性材料的溫度達(dá)到居里點后，材料失去磁性，但溫度降低后磁性又出現(xiàn)。圖8-4磁性材料的磁性特征不同的物質(zhì)各有自己的居理點地殼巖石的居里點溫度般為500600C。地殼內(nèi)達(dá)到此溫度的深度般在2030km （近代火山活 動或噴泉地區(qū)，達(dá)到居里點的深度僅為

6、5 km左右）。在居里點深度之下，地內(nèi)溫度越來越高，因而巖石磁性 消失。在地質(zhì)時期中，地衣附近的巖石（處在居里點溫度之下）都被當(dāng)時的古地磁場所永久磁化。巖石中 的這種磁性就稱為剩余磁性。借助于各地質(zhì)時期的巖石剩余磁性，我們就可能恢復(fù)不同時期的古地磁場。利用巖石在形成時期所產(chǎn)生的剩余磁化方向就可以用來大致確定古經(jīng)線方向，用古磁傾角就可確定 當(dāng)時所處的古緯度。地磁極翻轉(zhuǎn)在測定巖石的剩余磁場時，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)批巖石的磁化方向與現(xiàn)在的地磁場方向相反，于是認(rèn)為地磁場發(fā)生了 180。的改變，這種現(xiàn)象被稱為地磁極翻轉(zhuǎn)或地磁場翻轉(zhuǎn)。事實證明，這種變化再地發(fā)生。萬年）從20世紀(jì)40年代開始，進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測，發(fā)現(xiàn)以人

7、洋脊為中心，兩 側(cè)對稱地交替分布著正磁極性（磁極與現(xiàn)代的致）與反磁極性（碗極與現(xiàn)代相 反）的兩類巖石：離擴(kuò)張中心越遠(yuǎn)，巖石年齡越老=由此得到了海底在不同的時 期以不同的速度在擴(kuò)張的認(rèn)識。以不同時期地磁極翻轉(zhuǎn)為主要特征建立了地磁年代衣。在磁化巖石中具 正極性的與反極性的大致各占一半。種地磁極性期平均可持續(xù)22萬年（短的僅持續(xù)3萬年，長的可達(dá)（500每次磁極倒轉(zhuǎn)過程僅持續(xù)數(shù)百年到上千年。此時農(nóng)現(xiàn)為磁場強(qiáng)度人幅度減弱，磁極緩慢轉(zhuǎn)動，直到 完全翻轉(zhuǎn)，才達(dá)到穩(wěn)定。從20世紀(jì)40年代開始，進(jìn)行了系統(tǒng)的觀測，發(fā)現(xiàn)以人洋脊為中心，兩側(cè)對稱地交替分布著正磁極 性（磁極與現(xiàn)代的致）與反磁極性（磁極與現(xiàn)代和反）的兩

8、類巖石：離擴(kuò)張中心越遠(yuǎn)，巖石年齡越老。由此得 到了海底在不同的時期以不同的速度在擴(kuò)張的認(rèn)識。以不同時期地磁極翻轉(zhuǎn)為主要特征建立了地磁年代衣。在磁化巖石中具正極性的與反極性的人致各 占i半。種地磁極性期平均可持續(xù)22萬年（短的僅持續(xù)3萬年，長的可達(dá)（500萬年）。Top每次磁極倒轉(zhuǎn)過程僅持續(xù)數(shù)百年到上千年。此時衣現(xiàn)為磁場強(qiáng)度人幅度減弱，磁極緩慢轉(zhuǎn)動，直到 完全翻轉(zhuǎn)，才達(dá)到穩(wěn)定。第二節(jié)地磁場的成因地核的外部是液態(tài)，給地球中心具有電磁場的假設(shè)帶來了新的希望，因為只要地核內(nèi)原來存在著微“雙耦合發(fā)電盤”模型弱的磁場，這些液態(tài)鐵的非均勻運動就會發(fā)生擾動、旋渦，產(chǎn)生感應(yīng)電流，不斷增強(qiáng)原有電磁場，逐漸形成 較

9、穩(wěn)定的地電磁場。鐵質(zhì)的地核固然不能成為一塊磁鐵,但可以相當(dāng)于-個發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。這個“ II壯定磴流 年發(fā)電機(jī)”假說在二十世紀(jì)四十至五十年代形成，并成為現(xiàn)今占主導(dǎo)地位的地磁成因假說。按照這個假說， “發(fā)電機(jī)”在地核內(nèi)還可能有好多部。因而，地磁場不人穩(wěn)定。70年代初，許多學(xué)者用"雙耦合發(fā)電盤”作出 線路聯(lián)通的直流發(fā)電機(jī)，在運行過程中旋轉(zhuǎn)角速度不同 動、系統(tǒng)電流也將發(fā)生變化，當(dāng)電流擾動加人到定程 流就可反向流動，從而造成磁場的翻轉(zhuǎn)Tod第四節(jié)重力的特征重力：地球自轉(zhuǎn)引起的離心力和地球引力的合力為地球的重力。 為了紀(jì)念世界上第位測定重力加速度的物理學(xué)家伽利略,重力的人小（強(qiáng)度）的單位為伽（Ga

10、）（l伽=lcm/s: =10'亳加。在國際單位制（SI）中，為 m/ss,即 “g.u. ” ； lmGal = 10g. u.）。圖3.4地球引力、慣性離心力和重力的關(guān)系示盤圖影響重力人小的不是整個地球的總質(zhì)量，而主要是所在深度以下的質(zhì)量。由于地殼與地幔的密度都比較小，從地農(nóng)到地下2885km的核幔界而，重力人體上是隨深度增加而略 有增加。在核幔界而上，重力值達(dá)到極人（約1069伽），再往深處去，各個方向上的引力趨向平衡，重力值逐漸 減少，直至變小為零。在地球衣而又是另外-種狀況：重力要受到地勢高低的影響。在珠穆朗瑪峰頂，到地心的距離比華 北平原要多8000多米。引力自然要小點。重

11、力的大小還要受到離心力的影響。在赤道上，離心力最人；向兩極去，隨緯度的升高而減少，南 北極上的離心力等于零，同物體的重量，赤道上比在兩極要輕1/290（地球赤道部分凸出，就是因為離心力 的作用）。在地而上，離心力變化的最大值，不超過引力的1/288,重力的方向仍大體是指向地心?，F(xiàn)已計算出地農(nóng)不同緯度上的理論重力值，如赤道重力值般為978. 03伽（離心力可達(dá)3. 4伽），兩 極為983. 22伽，兩者相差5. 19伽。Top第五節(jié)重力研究人地水準(zhǔn)而由平均海平面所構(gòu)成并延伸通過陸地的假設(shè)曲面重力異常實際測得的重力值與理論重力值之間的差值重力異常自由空氣重力異常：測點位置越高，實測重力值就越比理論

12、重力值小。因此實測的結(jié)果需耍校正， 換算成為人地水準(zhǔn)面上的數(shù)據(jù)。這種校正就稱為自由空氣校正或高度校正。校正后的重力異常稱為自由空氣 重力異常。布格重力異常：在陸地上測量時，測點與海平而之間并非空氣，而是巖石?？紤]了測點高度及與人 地水準(zhǔn)面之間巖石密度的影響而進(jìn)行的校正，稱為布格校正。經(jīng)布格校正后的重力異常稱為布格重力異常均衡重力異常：從地下某深度算起，相同截而積所承載的農(nóng)而巖石柱體的總質(zhì)量應(yīng)趨于相等，這 概念就稱為重力均衡。從重力均衡的角度對布格異常進(jìn)步進(jìn)行校正，即均衡校正。通過均衡校正就得到 均衡重力異常。重力均衡補(bǔ)償假說a -普拉特假設(shè)b-艾里假設(shè)如果均衡異常值很小，農(nóng)明該處地殼基本上處于

13、均衡狀態(tài)。正均衡異常是指山脈下部較輕巖石的增多對地農(nóng)山脈隆起的質(zhì)量補(bǔ)償不足，存在著質(zhì)量虧損，也即 莫霍面在山下凹陷得還不夠，還不足以補(bǔ)償山脈的隆起，這也就意味著山脈正在隆升、并將進(jìn)-步隆升。負(fù)均衡異常是指莫霍而凹陷過深，淺部巖石過多地補(bǔ)償了地形的隆起，這意味著該區(qū)正在下沉，并 將繼續(xù)下沉。Top第六節(jié)重力在地球演化中的作用重力對地球各圈層的形成與演化，主要起到了趨向平衡與穩(wěn)定的作用，但同時又會在趨向均衡的過 程中造成一些圈層間或圈層內(nèi)部的相互作用。Hogolini地磁場的三要素地磁場的組成地磁極反轉(zhuǎn)重力異常與布格重力異常重力均衡以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。TonbKO

14、aha /uo/ieM, KOTopwe ucno/ib3yiOTCfl an只 oSyneHUR, Mcc/ieflOBaHMM n He Aonx<Hbi ncno/ib3OBaTbe只 bKOMMepHeCKMX uemx.For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fur den personlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour I 'etude et la recherche uniquement a des fins personnelles; pas a des fins commerciales.以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Nur fur den personlichen fur Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour I