地球磁場的演說

地球磁場的解說王晶制作0510351目錄地球磁場來源的11種學(xué)說地磁要素地磁場的變化地球磁場反向的9種學(xué)說地球磁場為什么會改變地球磁場曾經(jīng)多次翻轉(zhuǎn)地球磁場的應(yīng)用新的研究方向離開地球磁場來源的11種學(xué)說永磁體學(xué)說，是最早提出的一種學(xué)說，認為地球內(nèi)部存在巨大的永磁體，由這永磁體產(chǎn)生地球磁場，但后來認識到地球內(nèi)部溫度很高，不可能存在永磁體。內(nèi)部電流學(xué)說，認為地球內(nèi)部存在巨大的電流，形成巨大電磁體產(chǎn)生地球磁場，但是既未觀測到這種巨大電流，而且巨大電流也會很快衰減，不會長期存在電荷旋轉(zhuǎn)學(xué)說(公元1900年，簡寫作1900)，認為地球表面和內(nèi)部分別分布著符號相反、數(shù)量相等的電荷，由地球自轉(zhuǎn)而形成閉合電流，由此電流產(chǎn)生磁場，但這學(xué)說缺乏理論和實驗基礎(chǔ)。壓電效應(yīng)學(xué)說(1929)，認為在地球內(nèi)部物質(zhì)在超高壓力下使物質(zhì)中的電荷分離，電子在這樣的電場中運動而產(chǎn)生電流和磁場。但理論計算出這樣的磁場僅有地磁場的約千分之一。旋磁效應(yīng)學(xué)說(1933)，認為地球內(nèi)的強磁物質(zhì)旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生地球磁場，但這種旋磁效應(yīng)產(chǎn)生的磁場只有地球磁場的大約千億分之一。溫差電效應(yīng)學(xué)說(1939)，認為地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)產(chǎn)生的熱量，使熔融物質(zhì)發(fā)生連續(xù)的不均勻?qū)α?，這樣產(chǎn)生溫差電動勢和電流，由此電流產(chǎn)生地球磁場，但理論估計也同地球磁場不符合。磁力線扭結(jié)學(xué)說(1950)，認為在地球磁場磁力線的張力特性和地核的較差自轉(zhuǎn)，會使原始微弱的地球磁場放大，由此產(chǎn)生地球磁場。發(fā)電機學(xué)說(1946－1947)，認為是地球內(nèi)部的導(dǎo)電液體在流動時產(chǎn)生穩(wěn)恒的電流，由這電流產(chǎn)生地球磁場(目前研究和應(yīng)用較多的地球磁場學(xué)說

)旋轉(zhuǎn)體效應(yīng)學(xué)說(1947)，是根據(jù)少數(shù)天體觀測得到的經(jīng)驗規(guī)律，認為具有角動量的旋轉(zhuǎn)物體都會產(chǎn)生磁矩，因而產(chǎn)生磁場。這一學(xué)說需要使用一無科學(xué)根據(jù)的常數(shù)，5年后又被提出這一學(xué)說的科學(xué)家根據(jù)精密的實驗結(jié)果加以否定了。電磁感應(yīng)學(xué)說(1956)，認為由太陽的強烈磁活動通過帶電粒子的太陽風到達地球后，會通過地球內(nèi)部的電磁感應(yīng)和整流作用產(chǎn)生地球內(nèi)部的電流，由此產(chǎn)生地球磁場。

霍爾效應(yīng)學(xué)說(1954)，認為在地球內(nèi)部由于溫度不均勻產(chǎn)生的溫差電流和原始微弱磁場的同時使用下，會由霍爾效應(yīng)產(chǎn)生霍爾電動勢和霍爾電流，由此產(chǎn)生地球磁場。地磁要素

地磁場的大小和方向用磁場強度F表示﹐單位為高斯。F可分為三個分量﹕水平強度H﹐是F在水平面上的投影﹔磁偏角D﹐是H與正北方向的夾角﹔磁傾角I﹐是F對水平面的傾角。F也可分解為向北﹑向東和向下的三個分量X﹑Y﹑Z﹐這三個分量通常也可稱為北向分量﹑東向分量和垂直分量。這些量可以確定地磁場的大小和方向﹐所以稱為“地磁要素”。根據(jù)測量得知﹐在同一高度上靠近赤道處地磁場較弱﹐而靠近磁極處則較強﹐如地球表面赤道上的磁場強度約為0.29～0.40高斯﹐而在地磁北極和地磁南極的磁場強度則分別為0.61高斯和0.68高斯。根據(jù)地磁場測量結(jié)果并按一些模型可得出地磁場的總能量約為3.4×10爾格。地磁場的變化

地磁場的強度不是固定的﹐它有短期和長期變化。短期變化包含有日變化﹑太陰日變化和季節(jié)變化以及各種干擾等。地磁場的這種短期變化部分常稱為地球變化磁場。除去短期變化后的地磁場稱為地球基本磁場﹐或稱基本地磁場﹐基本地磁場的地磁要素有長期變化。根據(jù)近四百多年來的測量﹐這種變化的表現(xiàn)之一為西向漂移。例如﹐在1550年零度磁偏角線約在東經(jīng)20°處橫跨赤道﹐而現(xiàn)在已西移至西經(jīng)75°處過赤道。其次﹐磁極的位置和磁偶極矩也有長期變化。太陽風﹑宇宙線﹑電離層﹑極光等都對地磁場有影響﹐它們使地磁場發(fā)生短期變化。太陽風還會使地磁場局限在一定的范圍內(nèi)。太陽活動較強時﹐太陽風的能量會大大增加﹐從而導(dǎo)致地磁場的強烈擾動。地磁場能俘獲來自太陽和其他天體的帶電粒子﹐形成著名的范愛倫帶。地球磁場反向的9種學(xué)說

非偶極型磁場變化學(xué)說(1964)，無規(guī)磁場起伏學(xué)說(1968)，地核流體對流對稱性變化學(xué)說(1969)，地核流體對流區(qū)分布變化學(xué)說(1969)，地核三偶極型磁場學(xué)說(1969)，偶極型磁場變化學(xué)說(1971)，雙偶極型磁場學(xué)說(1975)，銀河星系旋臂干擾學(xué)說(1974)，地外天體撞擊學(xué)說(1987)等。地球磁場為什么會改變科學(xué)家指出，存在于地核周圍的鐵流體（熔融體）好像一部“發(fā)動機”，不停地將巨大的機械能轉(zhuǎn)化成為電磁能，從而形成了地磁場。而鐵流體有時會形成巨大的漩渦，迫使自己的流向發(fā)生變化，這就引起了地球磁場的改變。地球磁場曾經(jīng)多次翻轉(zhuǎn)科學(xué)家們通過對海底熔巖的研究發(fā)現(xiàn)，地球的磁場曾經(jīng)發(fā)生過多次翻轉(zhuǎn)。眾所周知，熾熱的巖漿中含有數(shù)以萬計的礦物質(zhì)，就好像一個個“小指南針”。當巖漿冷卻下來后，這些“指南針”也被固定住不再發(fā)生變化。這樣，其“南北極”的指向就記錄了當時地球磁場的方向。研究表明，地球磁場平均每50萬年翻轉(zhuǎn)一次，而最近一次的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在78萬年前。地球磁場的應(yīng)用磁法探礦已成為地球物理探礦中一種重要的和常用的方法。磁法探礦不僅可應(yīng)用于鐵礦的勘探，而且還應(yīng)用于與鐵礦相伴生的其他礦物的勘探。前者稱為磁法直接探礦，如磁鐵礦、磁赤鐵礦、釩鈦磁鐵礦和金銅磁鐵礦等的勘探，后者稱為磁法間接探礦，如含鎳、鉻、鈷等的金屬礦床，金剛石、硼、石棉等非金屬礦床以及石油礦等的普查和勘探。圖1示出的是兩個強磁性鐵礦脈(a，b)處的地磁場垂直分量B⊥隨距離的變化，可以明顯看出在兩個礦脈處的B⊥出現(xiàn)兩個峰值。

新的研究方向地球深層物質(zhì)中含有的富鐵礦物如同指南針的指針一樣，表明磁極的方向和穿過南北極軸線的磁場強度。通過確定物質(zhì)的年代，并將其與地球磁場的方向和強度加以對比，便可重現(xiàn)地球磁場的歷史。地球磁場的歷史表明，地球磁場的強度在每次出現(xiàn)兩極反向之前的幾千年中大大減弱。地質(zhì)學(xué)家讓·皮埃爾·瓦萊說：“在變化曲線的最底部