地磁場產(chǎn)生原因

1、地磁場產(chǎn)生原因：地球內(nèi)核為什么自轉(zhuǎn)變快地磁場產(chǎn)生原因：地球內(nèi)核為什么自轉(zhuǎn)變快楊學(xué)祥地球內(nèi)核為什么自轉(zhuǎn)變快？是由于重力分異的作用：物理學(xué)家傅承義認(rèn)為，地球剛形成時是比較均勻的，而后發(fā)生了重力分異運動。所謂重力分異， 可以簡單地理解為，重的物質(zhì)比如鐵，向地心下沉，輕的如硅，往地表上升。由此，地球由一個勻速自轉(zhuǎn)的均勻地球，演化為圈層差異旋轉(zhuǎn)的分層地球，地 殼、上地幔、下地幔、外核和內(nèi)核旋轉(zhuǎn)的角速度不同，理論計算的比值為0.6：0.7：1.06：3：27,其中內(nèi)核旋轉(zhuǎn)最快。地震波測量結(jié)果表明，內(nèi)核旋轉(zhuǎn)速 度每年比地殼地幔快1。既然存在上升和下降及各層轉(zhuǎn)動的不同，那么就有了能量的變化和轉(zhuǎn)換，物體在高處受

2、地心引力的作用而具有的能，稱為“重力 位能”，通過計算表明，重力分異使地球的重力位能減少，一部分變?yōu)闊崮?，使地球?nèi)部部分物質(zhì)熔融；而另一部分變?yōu)榈睾说男D(zhuǎn)動能，使地核快速旋轉(zhuǎn)。 不同轉(zhuǎn)速的地幔和地核之間的角動量交換又將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，積累在地核與地幔的邊界，使外核成為地球深部唯一液態(tài)的圈層，造成這個液核的周期性熱 膨脹。重力收縮造成地球內(nèi)縮，但地幔和地核之間的角動量交換將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芊e累在核幔邊界，是地球內(nèi)部局部膨脹的原因。通過重力分異，地球由一個勻速自轉(zhuǎn)的均勻地球，演化為圈層差異旋轉(zhuǎn)的分層地球，為地磁場產(chǎn)生提供了必要的條件。不同轉(zhuǎn)速的地幔和地核之間的角動量交換又將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，積累在地核

3、與地幔的邊界，使外核成為地球深部唯一液態(tài)的圈層，造成這個液核的周 期性熱膨脹，并且使地球內(nèi)核自轉(zhuǎn)變慢，圈層差異旋轉(zhuǎn)趨于消失。這是目前觀測不到明顯差別的原因。但是，重力分異過程將繼續(xù)下去。參考文獻(xiàn)1楊學(xué)祥，陳殿友.地核的動力作用.地球物理學(xué)進(jìn)展.1996,11(1):68-74.2楊學(xué)祥，張璽云.熱幔柱的啟動動力.世界地質(zhì).1996,15(2):68-74.3楊學(xué)祥，陳震，劉淑琴，宋秀環(huán)，陳殿友.地球內(nèi)核快速旋轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)與全球變化的軌道效應(yīng).地學(xué)前緣.1997, 4(1):187-193.學(xué)者魏東平 發(fā)表于2010-10-6 23:32:21地球磁場的變化與倒轉(zhuǎn)【漫談地球物理2010-10-06】

4、迄今，地球物理學(xué)領(lǐng)域存在很多重要的、具有挑戰(zhàn)性的未能完全解決的難題，一些難題的解決，可能涉及物理學(xué)、化學(xué)及生命科學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)，更 與我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷婢o密有關(guān)。這樣的一些問題包括：1、地震的孕育與發(fā)生機理；2、地球磁場的起源與維持機理；3、地幔對流與板塊構(gòu)造的關(guān)系， 等等。以地球磁場的起源與維持機理為例，實際上，這是傳統(tǒng)物理學(xué)的一個經(jīng)典問題，基本上可以說，自近代物理學(xué)誕生以來，比如地球磁場的起源這樣一 類問題，便存于歷代物理學(xué)家們的腦海之中，而一直揮之不去，并且到如今也沒有找到一個特別令人滿意的答案。關(guān)于地球磁場，其核心問題是：1、地球磁場是如何起源的？ 2、為什么地球磁場存在包括準(zhǔn)周期

5、在內(nèi)的一系列變化，特別是存在地球磁場的準(zhǔn)周期倒 轉(zhuǎn)現(xiàn)象？可以這樣說，這樣的問題徹底解決之日，必是其得到諾貝爾獎之時！我在博文“再談海底擴張與板塊構(gòu)造”中，曾經(jīng)談到過地球磁場的倒轉(zhuǎn)證據(jù)，在建立海底擴張與板塊構(gòu)造學(xué)說的過程中，曾經(jīng)如何起到過重大的作用。很長一段時間以來，尤其是最近一百年來，有很多物理學(xué)家介入到這樣的物理機理方面的研究與探討，包括一些知名的研究量子霍爾效應(yīng)的物理學(xué)家， 相應(yīng)地提出了關(guān)于地球磁場起源與運行機理的多個假定。相比較其它所有假說而言，地球磁場起源的發(fā)電機理論，能夠解釋更多的觀測現(xiàn)象，特別是能夠很好地解釋產(chǎn)生準(zhǔn)周期的地磁場倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。例如該理 論能夠較好地解釋在已經(jīng)過去的近一億年

6、時間內(nèi)，地球磁場曾經(jīng)發(fā)生了超過150次的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因而能夠被多數(shù)的地球物理學(xué)家們所認(rèn)可：1995年，一個基于該理論的框架結(jié)構(gòu)、并且比較激動人心的研究結(jié)果發(fā)表于Nature，其得到的大規(guī)模數(shù)值模擬結(jié)果顯示（圖一），地球磁場之所以 發(fā)生如此的變化方式，是由于地球固體內(nèi)核與整體地球之自轉(zhuǎn)角速度的差異變化引起的。緊接著，便立刻跟進(jìn)兩個獨立的地震學(xué)家研究小組，試圖尋找到有關(guān)的地震學(xué)支持證據(jù)，他們的研究結(jié)果分別發(fā)表于1996年的Nature與Science， 其獲得的地震學(xué)證據(jù)都表明，現(xiàn)階段地球的內(nèi)核自轉(zhuǎn)速度，一般地要快于整體地球的自轉(zhuǎn)速度，其快速程度的上限分別被估計為：大約300年和120年左右 快那么

7、一圈（圖二）。打個比方，如果每200年地球內(nèi)核較整體地球的轉(zhuǎn)速快一圈，這種情況意味著，設(shè)想一開始有兩個都生活在北京這個經(jīng)緯度位置的人，一個人站在地 球表面，另一個人站在地球的內(nèi)核表面。但隨著時間的慢慢前移，生活在內(nèi)核表面的那個人，便會越來越早一些地較地表之人，看到太陽的東升西落；這樣 累積至200年后，生活在內(nèi)核表面的那個人，便會看到太陽從東方的地平線上多升起一次。自1996年之后，包括最初的兩個研究小組在內(nèi)的更多研究小組，對此進(jìn)行了持續(xù)的跟進(jìn)研究。不過，這一系列有關(guān)地震學(xué)方面的研究結(jié)果，基本上 給出了一個逐漸變小的趨勢估計，大致到超過約5000年快一圈，可能要超過1萬年才快那么一圈的程度；部

8、分研究甚至得不到一個明確的地震學(xué)支持證據(jù)。需要說明的是，我們站在地球表面觀測到的地球磁場之變化規(guī)律，即近地表地球磁場一直變化，并且存在倒轉(zhuǎn)的情況，與我們進(jìn)入到遠(yuǎn)離地球的外太 空中，所觀測到的地球磁場情況，具有極大的不同；后者的最大特點就是，環(huán)繞地球磁極的N極方向，恒定指向地球的地理南極之上方。CRUSTFASTEST ROUTE FOR SEESMIC WAVESLIQUID OUTER CORE主要參考文獻(xiàn):1、Glatzmaier G A and Robert P H, 1995, Nature, 377, 203-209.2、Song X and Richards P, 1996, Na

9、ture, 382, 221-224.3、Su W et al., 1996, Science, 274, 1883-1887.本文弓I用地址： HYPERLINK /m/user_content.aspx?id=370386 /m/user_content.aspx?id=370386 HYPERLINK /htm/2009-11/12/content_908356.htm /htm/2009-11/12/content_908356.htm對話楊學(xué)祥地球在“瘦身”嗎2009-11-12 06:03:33 來源：遼寧日報世界主要火山、地震分布示意圖。地殼。口制圖/董昌秋口制圖/董昌秋專家檔案

10、楊學(xué)祥吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授。主要從事地球動力學(xué)研究，發(fā)表文章近百篇，出版專著地球差異旋轉(zhuǎn)動力學(xué)一部。主持完成國家自 然科學(xué)基金資助項目“地球各圈層能量交換過程與全球變化的關(guān)系”。2000年被評為吉林省第六批有突出貢獻(xiàn)的中青年專業(yè)技術(shù)人才。2004年被聘為中國 地球物理學(xué)會天災(zāi)預(yù)測專業(yè)委員會委員。據(jù)媒體報道，俄羅斯地質(zhì)學(xué)家奧爾列諾克表示，我們的星球正在萎縮。他在一篇研究論文中報告稱，將古代的起伏結(jié)構(gòu)與當(dāng)前的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較后得出結(jié)論：45億年前，地球表面剛剛開始凝固，當(dāng)時的這顆藍(lán)色星球平均球半徑為6956公里，現(xiàn)在已減少585公里，也就是縮了近1/10。奧爾列諾克是康德俄 羅斯國立大

11、學(xué)教授，30多年來，這位地質(zhì)學(xué)家一直研究地球海洋及地殼構(gòu)造。對上述結(jié)論，另一位地質(zhì)學(xué)家舍甫琴科表示，地球萎縮理論勢必引發(fā)巨大爭議。他說：“基于古代結(jié)構(gòu)對古代地球半徑進(jìn)行準(zhǔn)確計算是不可能的，除了 地球萎縮理論外，有人同樣提出了膨脹或振動理論?！蹦敲矗厍虻降资桥蛎涍€是縮小了呢？它的收縮或膨脹對自然界、對我們?nèi)祟惖纳畹降讜性鯓拥挠绊懀克c地球氣溫變暖之間又存在著怎樣的聯(lián)系 呢？地球表面的張裂和褶皺同時存在，單純的地球“收縮說”和“膨脹說”都站不住腳遼寧日報：楊教授，近日，各大網(wǎng)站科技新聞上出現(xiàn)了這樣一則報道：“俄羅斯地質(zhì)學(xué)家維亞切斯拉夫奧爾列諾克表示，我們的星球正在萎縮。自誕 生之初以來，地球

12、的平均球半徑已減少了 585公里。”縮小了 585公里可不是一個小數(shù)字，我們知道，地球的平均半徑目前為6371公里，也就是說，縮了 近1/10，如果按表面積來算的話，地球表面積的縮小是十分巨大的，您怎樣看待這個結(jié)論？楊學(xué)祥：這一結(jié)論的得出確實有值得商榷的地方。雖然沒有看到原文，但根據(jù)地球物理學(xué)的基本知識及前沿成果來看，這個結(jié)論的最大問題是關(guān)于遠(yuǎn)古 時期地球半徑的估計，特別是十幾億年前的地球半徑我們現(xiàn)在還無法確切地得到，也就是說，他的地球之初的半徑估計缺乏足夠的證據(jù)，這篇報道的最后也 談到另一位俄羅斯地質(zhì)學(xué)家的質(zhì)疑：“基于古代結(jié)構(gòu)對古代地球半徑進(jìn)行準(zhǔn)確計算是不可能的。”僅僅憑借古代的地球表面的起

13、伏結(jié)構(gòu)與當(dāng)前的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比 較來得出結(jié)論是站不住腳的。有不少地質(zhì)物理學(xué)家根據(jù)古地磁變化估算出的結(jié)果，是地球比照遠(yuǎn)古時期是膨脹了而不是收縮。截然相反的結(jié)論需要更多證據(jù) 來驗證。關(guān)于地球收縮還是膨脹，地學(xué)界從19世紀(jì)就開始探討，由于地球物理學(xué)等理論及實際探測手段的匱乏，這個問題一直存在爭議，但也是在這種探討甚至 爭議中人類認(rèn)識水平不斷得到進(jìn)步和完善。19世紀(jì)20年代末，法國科學(xué)家博蒙提出了 “地球收縮”的假說。隨后，地球物理學(xué)先驅(qū)L 開爾文提出了地球 冷凝的物理模式。之后一些地球物理學(xué)家用收縮和冷凝學(xué)說，說明了地球表面地質(zhì)的褶皺、凹陷等的形成地球幾百公里以下的地球內(nèi)部溫度很高，但最 外部的圈層，已經(jīng)

14、變得相對較冷，一冷了，地球表面就要向內(nèi)收縮，形成擠壓、褶皺等地形。收縮說首次提出了具有明確物理基礎(chǔ)的全球性動力地質(zhì)原因。 但是收縮說從提出開始就遇到難以克服的困難，主要是無法證實地球表面的構(gòu)造確實是由收縮造成的，它對許多地質(zhì)張裂類型構(gòu)造無法解釋。100年后，也 就是20世紀(jì)20年代中期，放射性射線被發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過計算得知，地殼中同位素衰變放熱，可能導(dǎo)致地球熱脹。這樣，“地球收縮說”就站不住腳了。遼寧日報：也就是說，地球收縮還是膨脹，還是由冷熱引起的一一“熱脹冷縮”？楊學(xué)祥：從原理來說，冷熱是最主要的原因。遼寧日報：既然地殼中同位素衰變放熱可能導(dǎo)致地球熱脹，是否就有了 “膨脹說”，它占據(jù)主流了嗎？楊

15、學(xué)祥：上世紀(jì)30年代，有科學(xué)家提出了地球膨脹假說，并認(rèn)為在“膨脹”的作用下，古地球連在一起的大陸裂開了，就像一個人胖了之后，原來的衣 服被撐破了一樣，漂移后形成今天各大洲的樣子。但膨脹說也沒有占主流，主要是缺乏足夠的膨脹動力。我們研究膨脹還是收縮的目的，主要是為了探討地 球，主要是地殼變動的動力來源。通常是先從理論上設(shè)想膨脹了之后會怎么樣，收縮了又會怎么樣，然后再以實際的地質(zhì)變動加以證明。但是單獨的地球膨 脹說和收縮說很難對許多地質(zhì)構(gòu)造和變動作出合理的解釋。目前公認(rèn)的解釋地殼運動、地質(zhì)變動的學(xué)說，是在大陸漂移學(xué)說和海底擴張（地幔物質(zhì)涌出）學(xué) 說的基礎(chǔ)上提出的板塊構(gòu)造學(xué)說。關(guān)于這個學(xué)說介紹的很多

16、，大家可能都有所了解。目前地球是南半球膨脹、北半球收縮，但幅度只有每年1至2厘米遼寧日報：那么就地球膨脹還是收縮來說，“膨脹說”和“收縮說”是否還有價值?楊學(xué)祥：由于地球內(nèi)部也好，表面也好，確實存在著變冷或變熱的情況，有冷熱變化，膨脹和收縮就會存在。單純的“膨脹說”和“收縮說”都有一定的科學(xué)道理，但不全面。有科學(xué)家提出，地球在歷史演變過程中既存在著膨脹也存在著收縮，地球是一個既能膨脹又能收縮的統(tǒng)一體，只是時期不同而已，即“脈動說”，并認(rèn)為收縮的時候形成了地球表面的擠壓地帶，膨脹的時候形成了張裂地帶。這一學(xué)說的重要證據(jù)，就是冰期和間冰期的發(fā)現(xiàn)和證實，表明 地球表面可變冷也可變熱。同時有科學(xué)家把大

17、陸漂移、海底擴張以及大陸內(nèi)部各級構(gòu)造運動都?xì)w于地球的膨脹。他們各從不同的角度看到了事物的一面，都 有一定的科學(xué)價值。簡單的肯定和否定都是不科學(xué)的，需要綜合研究。遼寧日報：目前的情況是怎樣的，地球是脹還是縮？用什么辦法能夠準(zhǔn)確地測量地球的大小？楊學(xué)祥：自從有了衛(wèi)星后，對地球半徑、大小的實時測量就比較準(zhǔn)確了。就近些年來說，地球的北半球是造山帶集中且不斷收縮擠壓的冷半球，半徑變 短；南半球則不斷擴張開裂，在膨脹，半徑變長。通過衛(wèi)星測量與計算，證明每年北半球半徑收縮1-2厘米，南半球半徑的擴大為1-2厘米，大約每年變化 的數(shù)值不超過2厘米，即地球正在不對稱膨脹和收縮。我國地球物理學(xué)專家傅容珊認(rèn)為，在過

18、去的幾個百萬年的時間內(nèi)，地球總體僅有輕微的擴張，其半徑 擴張率每百萬年小于200米。這一速率遠(yuǎn)低于以前一些地球膨脹說的估計。地球內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的冷熱變化，導(dǎo)致地球內(nèi)部既收縮又膨脹遼寧日報：是什么原因造成了北半球縮、北半徑減的情況？楊學(xué)祥：物理學(xué)家傅承義認(rèn)為，地球剛形成時是比較均勻的，而后發(fā)生了重力分異運動。所謂重力分異，可以簡單地理解為，重的物質(zhì)比如鐵，向地心 下沉，輕的如硅，往地表上升。由此，地球由一個勻速自轉(zhuǎn)的均勻地球，演化為圈層差異旋轉(zhuǎn)的分層地球，地殼、上地幔、下地幔、外核和內(nèi)核旋轉(zhuǎn)的角速 度不同，理論計算的比值為0.6：0.7：1.06：3：27,其中內(nèi)核旋轉(zhuǎn)最快。地震波測量結(jié)果表

19、明，內(nèi)核旋轉(zhuǎn)速度每年比地殼地幔快1。既然存在上升和下降 及各層轉(zhuǎn)動的不同，那么就有了能量的變化和轉(zhuǎn)換，物體在高處受地心引力的作用而具有的能，稱為“重力位能”，通過計算表明，重力分異使地球的重力 位能減少，一部分變?yōu)闊崮?，使地球?nèi)部部分物質(zhì)熔融；而另一部分變?yōu)榈睾说男D(zhuǎn)動能，使地核快速旋轉(zhuǎn)。不同轉(zhuǎn)速的地幔和地核之間的角動量交換又將 動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，積累在地核與地幔的邊界，使外核成為地球深部唯一液態(tài)的圈層，造成這個液核的周期性熱膨脹。重力收縮造成地球內(nèi)縮，但地幔和地核 之間的角動量交換將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芊e累在核幔邊界，是地球內(nèi)部局部膨脹的原因。遼寧日報：就是說，從地球內(nèi)部來看，確實是既收縮，又膨脹？

20、楊學(xué)祥：是的，但就對自然界的影響來說，熱膨脹的影響要大于地球內(nèi)部的收縮。熱膨脹使地核、地幔邊界的熱物質(zhì)涌動，往地表上升，稱為熱幔柱， 在地殼薄弱的地方噴涌而出，就形成了眾所周知的火山爆發(fā)，并帶來金、鐵、銅等重金屬礦藏。遼寧日報：火山噴發(fā)對自然界的改變，特別是對氣候、氣溫會產(chǎn)生很大影響。楊學(xué)祥：在距今1.455億年前到6500萬年的中生代的白堊紀(jì)，熱膨脹使地球的火山活動特別劇烈，那時的氣溫比現(xiàn)在高10C至15C，海洋底層溫度比 現(xiàn)在高15C，這與大規(guī)模的海底火山活動相對應(yīng)。遼寧日報：白堊紀(jì)以后，好像氣溫又降低了，是什么原因？楊學(xué)祥：剛才提到各圈層轉(zhuǎn)動差異產(chǎn)生能量交換，但能量交換一段時期后的結(jié)果，

21、是各圈層轉(zhuǎn)動差異減少直到消失，各圈層轉(zhuǎn)動速度趨于一致，即動能 向熱能的轉(zhuǎn)換消失，核幔邊界積累的熱能因熱幔柱噴發(fā)而減少，熱源的消失使收縮作用占了主導(dǎo)地位。隨之而來的就是近1億年以來，火山活動的減弱， 地球進(jìn)入第四紀(jì)大冰期。但地球內(nèi)部的位能和動能、動能和熱能的能量交換是交替進(jìn)行的，可以用此起彼伏來理解，所以，即使在第四紀(jì)大冰期中，又有10 萬年的亞冰期和亞間冰期的周期轉(zhuǎn)換。最近的一次亞間冰期（全球氣溫較高的時期）起始于1萬年前，氣溫升高、全球變暖使海平面升高130米。同時我們 也知道，地球表面2 /3的面積為海洋，1 /3的面積為大陸，而65%的大陸集中在北半球，并向北極圈一面集中，形成陸半球；南

22、半球為水半球。據(jù)測量和 計算，北半球的冰蓋和大陸冰川在這一時期大部分融化，海平面升高，導(dǎo)致作為“水半球”的南半球膨脹、北半球收縮。同時，地球的重心向南半球偏移， 地核向南半球偏移又導(dǎo)致熱能在南半球的釋放，使膨脹的海洋南半球和收縮的陸地北半球更加明顯。地球的收縮、膨脹導(dǎo)致的地殼運動有可能給人類帶來強震頻發(fā)等一系列災(zāi)害鏈，這一點在未來十幾年顯現(xiàn)出來的可能性更大遼寧日報:“南脹北縮”原來是這么形成的！它將會對我們當(dāng)今的人類生活產(chǎn)生什么影響？楊學(xué)祥：比較重要的及大家最關(guān)心的影響，可能就是地質(zhì)構(gòu)造活動對氣候變化的影響，特別是地質(zhì)災(zāi)害及其引發(fā)的氣象災(zāi)害。大家都知道現(xiàn)在是全球變 暖，這有人類排放二氧化碳增多的因素，但從自然方面來說，我們目前正處于亞間冰期，氣溫本身也是較高的，促使南北極的冰蓋融化，海水增減產(chǎn)生了大 洋地殼水均衡作用，這也是地表最顯著的物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移運動。當(dāng)某地域洋殼由于海水增加、壓力加大而下降，會壓迫洋殼下軟流物質(zhì)向大陸運動，使大 陸邊緣上升；反之，當(dāng)某地洋殼由于海水減少而上升時，大陸下軟流物質(zhì)向洋殼運動，使陸緣下降。這是全球變暖使海平面上升后全球強震和火山活動異常 強烈的原因。遼寧日報：聽了您剛才的講解，給我的總的印象就是地球的膨脹和收縮是導(dǎo)致氣候變暖或變冷的重要原因之一，反