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地球磁场消失

时间:2016-04-17 来源:爱作文网 

篇一:地球磁场不会消失

地球磁场不会消失

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/2009-02-04 11:22:19千龙网

有些地方干旱少雨,有些从不下雪的区域却又暴雪不断??有国外报道称,今冬部分极端天气同“磁极倒转”和“地磁消失”有关,2012年地球磁场将发生颠倒;俄罗斯有科学家称2000年后地磁将消失,这一现象将给人类带来灭顶之灾。中国地震局地球物理研究所陈斌博士和顾左文研究员撰文指出——地球磁场不会消失

俄罗斯科学家表示,如果“磁极倒转”和“地磁消失”,地球上所有动物(包括人类)的免疫系统将大为降低;地球会频繁发生火山喷发,地震,泥石流等现象;一些小行星将朝地球方向飞来;地球的重力也会发生变化??

对此,陈斌博士和顾左文研究员指出,磁极倒转其实是漫长过程,地球磁场只会减弱不会消失,在地磁减弱的过程中,地球生物可能适应地磁变化。

地球磁场分南磁极和北磁极

形象地说,地球磁场类似一个条形磁铁,存在两个极,南磁极和北磁极。由于历史的原因,我们称地理北极附近的地磁极为地磁南极,称地理南极附近的地磁极为地磁北极,现代科学观测表明,这两个磁极每年都在一定范围内移动。而所谓地磁倒转是指原来的地磁北极变成地磁南极,而地磁南极变成地磁北极。

没有理论准确描述地磁倒转原因

由于目前地磁学界还未能建立可被验证为真实、准确的关于地磁场起源的数学物理模型,因此还没有一个理论能准确描述地磁倒转的原因。地球从地表往下,分为地壳、地幔和地核三部分,地核又分为固态的内核与液态的外核两部分。大多数地磁学者认为液态外核的受热对流及由此产生的平流等磁流体动力学过程产生了地磁场,相当于一部超级“地核发电机”。而自然的推论是:该磁流体动力学活动模式的改变导致了地磁倒转。

离上次地磁倒转已78万年

地壳中熔岩流里含有微小的磁性矿物颗粒,它们是无数的指南针或小型磁铁。当岩浆从高温状态冷却到一定温度时,这些小型磁铁会按照当时的磁场方向定向排列并固化,从而留下当时地磁场磁力线方向的物理记录。测定这些被磁化的岩石的生成年龄及其磁化状态,就可以知道当时地磁场的方向和强度。系统地将这些物理记录按地质时代的前后顺序排列,就可发现不同年代地磁场的方向和强弱是不一样的,有的时候地磁场方向会发生颠倒过来的情

况,即“地磁极倒转”现象。科学家能够确定的是,上次地磁倒转到现在已经历了78万年。

不可能出现零磁力状况

一般地磁倒转之前,地磁场的强度会变弱。但依据以往测定的古地磁数据,倒转过程中几乎不可能出现零磁力的状况,只存在磁力变小的可能。一般地磁倒转前地磁场减小,为现在磁场的一半或者1/3左右。

从1900年至今的地磁观测记录看,地磁场的能量确实是在不断减弱,目前已经减少了10%左右。但不能因此简单推论今后地磁场会持续减弱至地磁倒转,因为1900年至今地磁场能量减弱的过程并不是持续稳定的,有些年减小的速度大,有些年减小的速度小,有些年份甚至出现略微上升的“反弹”。因此今后地磁场是否持续减弱,尚待检验。

同时,地磁倒转也并没有严格的周期性,所以很难对何时出现地磁倒转的现象预先判断。

磁极倒转不是世界末日

孤立地看,地磁场环境的变化似乎对人类并没有直接影响。因为地磁场的能量非常低,中国地区磁场平均强度往往只有0.3~0.6高斯。比如北京地区的地磁强度就只有0.55高斯左右。而在一个普通磁铁旁边的辐射都有几个或几百高斯。们日常接触的家用电器,如电视、手机等,包括房间中的带电导线产生的磁场变化,都远大于地磁场的变化。

不过,在地磁倒转过程中,地磁场能量将减弱,甚至会出现短暂的地磁场形态紊乱。此时大量的宇宙空间高能粒子,可能会到达离地面更近的地方,甚至穿透到地面,从而对地球生物体系造成影响,给人类的生存环境带来一些问题。

可能产生生命进化新契机

我们现在完全没有必要为磁极倒转而担忧。就地球的存在时间而言,地磁倒转的过程只是短短的一瞬。但对于地球生物体系的演化过程而言,地磁倒转的过程却是一个漫长的过程。在这个过程中,自然界的各种生物包括人类都可能逐步适应地磁变化,还可能产生生命进化的新契机。 (陈斌 顾左文)

篇二:地球磁场南北颠倒之谜

地球磁场南北颠倒之谜

地球强大的磁场是保护人类免于遭受外太空各种致命辐射的生死屏障。然而日前,英美科学家发现,在过去的200年内,地球的磁场正在急剧地衰弱,科学家们预言,照这种速度发展下去,在未来的1000年内,地球磁场可能会完全消失,从而导致地球南北两极大翻转,地球生灵将面临前所未有的宇宙射线大灾难!

地球磁极每隔25万年翻转一次

地球磁场消失、磁极逆转的后果可说是灾难性的。强大的太阳辐射将烘烤外大气层,导致地球气候的巨变。“在过去的几千万年中,地球的磁场消失过很多次——地球磁场消失是地球南北两极将要互相翻转的信号。”英国地质学家亚兰·托马斯教授讲道,“从前地球磁极大约每隔25万年翻转一次,自上一次磁极翻转以来,地球磁极已有100万年没有翻转了,下次地球磁极翻转,也许用不了等多长时间。”

近百年来,地球磁场开始变弱

据报道,100年来,科学家们一直关注着地球磁场强度的变化,通过数据对比,科学家们惊讶地发现地球磁场强度正在急剧地变弱。针对地球磁场强度变弱的原因,科学家们有不同的看法:一部分人认为这是地球磁极即将出现翻转的信号,另一部分人则认为这只是暂时的衰弱,几百年后地球磁场将会重新转强。

地球两极处磁场几近消失

然而不久前,巴黎地理学会的科学家高斯尔·胡洛特通过观测发现,在靠近地球两极的地方,地球磁场差不多已经完全消失,这是地球南北两极不久后将要出现大翻转的再清楚不过的信号。胡洛特称,在过去的20多年中,他一直通过人造卫星数据测量和研究地球的磁场变化。通过研究他发现,使地球产生磁场的地心熔铁在地球两极处形成了两个巨大的漩涡。这些旋转着的漩涡增生和扩散后产生的新磁场,将逐渐削弱和抵消原来的主磁场。这是地球极性产生翻转的第一步。

胡洛特称,一位美国科学家上周发表的一份科学报告支持了他的理论,这位美国科学家用电脑模拟程序研究得出的结果,同样证明了地球两极磁场消失是地球磁极将出现大翻转的危险前奏。

地球磁场持续消失几千年?

胡洛特称,地球南北极颠倒一下,本不是什么可怕的事。关键是在两极翻转的过程中,赖以保护人类免受太阳强烈辐射的地球磁场将会完全消失,地球将整个暴露在各种致命的宇宙射线下。两极翻转过程中磁场消失的时间共有多长,一直是科学家们争议的焦点。根据研究火山熔岩中的铁矿石,一部分科学家认为地球磁场消失的时间将持续几千年———在这几千年内,地球将完全暴露在太阳辐射的致命烧烤中。然而另一些科学家则认为,地球两极翻转导致的磁场消失最多只会持续几个星期。

地球生物将面临巨大灾难?

地球磁极翻转造成的后果相当严重,首先一些低轨道的卫星将完全暴露在太阳电磁风暴的吹打中,不用多久就会完全摧毁,人类高科技通信技术将会遭遇毁灭性的瘫痪。此外,许多随季节变化而移居的候鸟或动物———从燕子到羚羊,几万年来它们一直依赖先天性本能鉴别地球南北极,秋移春返,到时它们的命运很难预测。

而对于人类来说,最大的灾难莫过于强烈的太阳辐射。平时,这些宇宙射线全在太空中就被地球磁场给吞没了。然而地球两极翻转过程中一旦地球磁场消失,这些太阳粒子风暴将会猛击地球大气层,对地球气候和人类命运产生致命的影响。

篇三:浅谈地球磁场的起源问题及翻转的原因

浅谈地球磁场的起源问题及翻转的原因

摘 要: 本文通过对地球的构造,磁力线挤压情况的分析及对行星的各种情况的对比,分析出地球磁场产生的原因是由于地球的自转而产生的。而地球磁场的翻转则是由于地磁场受到太阳磁力线的挤压而产生的。这种翻转是在漫长的岁月中慢慢变化的,在翻转的过程中,磁场是不会消失的。

关键词: 磁极 磁场强度 翻转 偏转量

引言:

研究地球磁场的起源和翻转情况,不但是我们对未知世界的一定探索,更是我们人类了解自然,利用自然,改造自然的必然途径。由于,得知地球磁场将会反转,并消失,虽然没有引起世界的恐慌,但也引起了一定的波动。所以,尽快了解清楚其变化的情况,不但是对人民的一个交代,也将为以后的防御工作打下坚实的基础。

地球有南北两极,但南北磁极与地理的南北极并不重合, 地轴与地磁轴成11.50的交角。地球的内部即地核,分外地核层和内地核层,它主要以约90%铁和10%镍金属组成,外地核层呈液态,内地核层呈固态。外地核层的熔岩并不是随着地球的自转速度而流动的,而是慢于内地核层的自转速度。目前,地球磁场南极一般被认为位于加拿大北部的北极地区,而地球磁场北极则位于地理南极附近的海洋区域。此前曾有研究表明,地球磁场的强度在过去150年间削弱了10%,地球磁场南极移动了1100公里。根据对古岩石剩余磁性方向的研究表明,在地球45亿年的历史中,地球磁场的方向已经在南北方向上反复反转了上百次。不过,在最近的78万年内都没有发生过反转,这比地磁场反转的平均间隔时间25万年要长了许多 。据科学家预计,在33世纪,地球磁场将有可能再次反转,并伴随着磁场的消失。现在,对地球磁场起源最有说服力的是地球发电机原理学说。它的主要观点是外地核层底部的铁由于受热产生浮力,上升至地幔时会失去部分能量,接着下沉回到外地核层的底部,由于有地球的旋转,而使铁在上升与下降的这个过程中形成了一个环行的回路,从而产生了磁场。这可以很好的解释地磁场产生的原因,但无法解释清楚磁场为何反转,更说不清磁场为何消失了。

材料与分析:

首先,应提到的是地球磁场分为内源场和外源场,由于外源场产生的场强较小,所以,在此,我只对内源场的形成进行阐述,下文所提到的磁场均指内源场。 一. 磁场产生的原因

具有关资料称,月球的磁场很小,仅为地球磁场强度的千分之一。月球磁场为何会如此小呢?难道就是因为它体积小吗?这显然说不过去。我们再来看一下月球的旋转情况,月球作为地球的卫星,有自己的轨道,它绕着地球公转,但没有绕着自己的轴自转。这不得不使我们想到磁场和自转之间是否有什么联系,因为月球没有

自转,所以它所产生的磁场较小,而其他行星由于自转,所以产生了磁场(如下表)。

从表中,我们可以看到这几个行星均有磁场,只是磁场强度的大小不同而已,而且我们也会发现磁场强度的变化似乎与自转周期和赤道直径的变化有关。在此表中,木星的自转周期最短,赤道直径最大,场强也是最大的。而火星的自转周期和地球相差无几,仅因为赤道直径只有地球的二分之一,从而磁场强度迅速下降为地球磁场强度的万分之三。我们再来比较一下木星与土星,从表中的数据可以得出木星不管是角速度还是表面的线速度都比土星快,所以木星的磁场强度应大于土星的磁场强度。事实也正是如此。我们再看一下天王星,天王星的自转周期较短,赤道直径较长,它的磁场强度理应是大于地球磁场的,为什么却没有地球的大呢?原因就是天王星内外磁场不均,内部的磁场很强,所包含的能量是地球的50倍,而外部的磁场却很小。从以上分析来看,磁场的产生与星球的自转和赤道直径有关,这样便会有两个分支,一个就是自转与星球内带电熔岩的相互作用产生磁场,下面我们将要提到;另一个就是星球表面的线速度和太阳辐射共同作用下产生的磁场,这一条分支我们将不进行阐述,对于它的真伪,我们只需要根据公式:净辐射量*线速度,便可以对比出。其中净辐射量=太阳总辐射量-星球反射量;线速度,即星球表面的速度。

前面,我们已经说过以内源场的分析为主。既然要分析内源场,那么,首先就应该对地球的内部构造进行分析,地球是一个椭圆形的球体,它分为地壳,地幔,地核。据有关地质学家根据地震得出的结果表明,地核分为外地核层和内地核层,外地核层是一层流动的液体熔岩,具有流动性。相对于内地核,它是一个球壳,随着地球的自转而转动,它们转动的角速度几乎相同。而内地核层呈固态,是一个实心的金属球体,自转速度很快。由于外地核层主要是由铁和镍组成的液体金属,液体金属本身会带有一定的电荷,这种带电荷的液体虽然不与内地核层同步的自转,但它却以一定的速度随着内地核层转动,虽然它的转动速度不及内地核,但,相对来说,它却是具有一定速度的旋转运动。即:带电流体以一定的速度绕地轴进行旋转,这样便形成了一个闭合的回路电流,因为电荷是随着液体熔岩自西向东运动的,所以产生了北极附近的磁场北极。

二.磁场所处的环境

地球处于太阳风的劲吹之中。太阳风好像要把地球磁场从地球上吹走似的,使磁力线发生向后弯曲。在地球的向日面,地球磁场被压缩成大约10个地球半径的一个包层;而在地球的背日面,地球磁场延伸的很远,形成一个长长的磁尾,其长度可达数百甚至数千个地球半径。这样,地球磁场在太阳风中“挖”出一个口袋形的空洞,叫做地球磁层。地球磁层的边界称磁层顶。磁层顶与太阳风高能粒子之间,还存在一个过渡带,其厚度约3-4个地球半径。它像剑鞘一样套着地球磁层,被称做磁鞘,实际上就是太阳风与地球磁场相遇而形成的弓形激波。这个激波的波阵面,就是磁鞘与太阳风的分界面. 三.磁极移动和磁场翻转

提到磁极的移动,我们就应该考虑磁极移动的动能,是谁推动了磁极的移动。 首先,我们先来解释一个现象,如下(图1)

图1, 木板效应

假设AB在一定力F的作用下发生的倾斜,同时也假设水流同时到达这个倾斜的AB木板,当水流到达木板的瞬间,撤去原作用于AB的力F,在此时,木板是处于倾斜的平衡状态,当过了这一瞬间,B端的水流由于无法透过木板而开始顺着木板由B向A 端流动,由于A、B两端所得到的高空水量是一样的,所以当B端水流流向A端时,无疑就会造成两端受力的不平衡,从而产生A端向下B端向上的旋转。对于这一现象,我们暂且将它叫做木板效应。

由于地球始终处于自转和公转中,受到太阳磁场的影响也是不可避免的,而这又恰恰成了地球磁场偏转动能的主要来源。地球始终处于太阳的磁力线中,由于磁力线之间没有叠加的能力,所以地球的磁场始终处于太阳磁力线(太阳风)的挤压和拖扯之中,虽然太阳的磁力线可以穿过地磁场,但这只是极少的一部分,而绝大部分是挤压地磁场后发生偏转,然后继续传播的,所以,在这里,我们只考虑在地磁场顶层挤压地磁场的太阳磁力线。地球的地轴和太阳平面并不是90度的直角。如果当黄赤交角为零的话,那么就有可能使磁场的南北两极处于地理的南北两极上,这样,就有可能使磁极不再发生偏转,而长期处于稳定的状态。但是,黄赤交角并不为零,所以,面对太阳一面的磁力线会受到强烈的挤压,这种挤压的结果就是使磁极在原有的基础上发生一定的倾斜,由于磁极发生了倾斜,所以迫使内地核层的带电流体以与原旋转面有一定夹角的方向流动。这样便形成了磁极的偏转。如(图

2),从太阳的核心连线到地球的核心,这根连心线要穿过地球磁场以及日地磁场的交界面(弓形激波的波阵面)。由于黄赤交角不为零及磁极与地理极不重合,所以日地连线同磁层交界面的切线的夹角不为直角,它是随着地球的自转而不断变化的,由于磁切角(挤压角)即太阳风与地磁赤道的夹角不是90度,所以太阳磁力线挤压

地磁场时,会有一定的倾斜角,地磁场的两极受力就会不同,这样就应符合前面提到的木板效应,从而使磁极在力的作用下发生偏转。

地球磁场被太阳磁场挤压的情况就遵守木板效应,虽然磁场强度大致均匀,太阳平面两边的力臂也相同,但由于磁力线挤压时有一个倾角,所以,当等量的太阳风(磁力线)到达太阳平面两边的磁层顶时,磁层会发生偏移,从而使两磁极的受力不同,进而挤压磁极的偏移。

图2, 太阳风挤压地磁场

由于,地磁极是处于倾斜与偏转的状态下,所以,带电熔岩在外地核层的运动应该不是沿着某一个方向一直运转的,它应该是沿着某一方向以一定夹角不规则的运转,这样便形成了不断移动的地磁极和不断偏移的磁场。

通过对月球、太阳和行星的观测资料和对古代月食、日食资料的分析,以及通过对古珊瑚化石的研究,可以得到地质时期地球自转的情况。在6亿多年前,地球上一年大约有424天,表明那时地球自转速率比现在快得多。在4亿年前,一年有约400天,2.8亿年前为390天。这也许就是地磁场在近78万年为何没有发生翻转,而地球翻转的平均间隔时间是25万年的原因。 我们知道外地核层是一层带电的金属流体,由于它的转动,从而产生了磁场,但,由于地球自转的速度不断的减慢,从而使带电流体在偏转方向上受到的阻力增大,即:它的偏转量随之减小,从而减慢了磁场翻转的速率。

四.磁场强度减弱的原因

讨论地球磁极的翻转,必然要考虑到地磁场是否消失的问题,目前,有部分科

学家认为:磁场在反转的时候会伴随着消失的现象。他们的主要依据就是地球磁场的强度在过去150年间削弱了10%,对于这一点我们还要看到另一个问题,就是过去150年间,地球磁场北极移动了1100公里。这两者并不是孤立存在的,它们之间必然存在着某种联系。大家都知道,磁场最强的部分是磁极,离磁极越远,它的磁场强度就应该是随之递减的,所以当磁极移动了1100公里之后,原测地离磁极的距离变远,磁场强度减弱10%也是必然的。

我们不妨来设想一下,地球表面南北极的距离大致为2万公里,离磁极1万公里处的单位磁通量最少,所以我们只需对北极到1万公里这段距离的磁场强度进行分析便可以了。因为1万公里处的单位磁通量最小,所以我们不妨将它设为零,由于距离磁极1万千米,所以我们把磁极的磁场强度设为10,于是每千米磁场强度的变化量为1,由于磁场强度减弱10%也就是十分之一,所以就相当于远离磁极1千千米,又因为磁场移动的是1100公里,所以它应该是以纬移为主,而观测地、磁极原来的方位、磁极现在的方位,这三点便构成了一个三角形,而其中的一边就是磁场减弱10%所需要的距离。

如下(图3)所示,设C点为150年前南磁极的方位,B点为现在所处的方位,A点作为观察者的测量点,则CB就是磁极这150年移动的距离,而AB就是相对于AC磁场减弱10%所需要的距离,即:AB是AC与磁场减弱10%所需的1000公里之和.

图3, 地磁场减弱的原因

由于磁场强度,我们很难准确直接测出,大部分是间接的由其他数据换算过来的,所以,当我们在某一个方位测出磁通量或磁感应强度后,将其代入算出磁场强度时,由于此方位的磁通量和磁感应强度是不断变化的,所以磁场也会出现不断变化的现象,从而导致我们认为磁场强度是在不断的减弱的。

结论:

根据以上的材料与分析表明,地球磁场产生的原因是由于地球内部即外地核层的带电流体随着地球的自转而产生的,它的产生原理就是运动的电荷可以产生磁场。由于带电流体并不是沿着赤道或是黄道平面流动的,而是与赤道和黄道平面有一定的夹角进行旋转的,所以,磁场在受到太阳磁力线的挤压下会不断的慢慢的移动,并可以在一定时间发生翻转,在翻转的过程中,磁场并不会消失,而是对于观测地域发生了由强到弱再到强的磁场强度的变化过程。

参考文献:

[1] 毕思文.地球系统科学.(第二版).科学出版社.2003

[2] 刘本培,蔡运龙.地球科学导论.北京:高等教育出版社.2000

[3] 陈自悟.地球概论.(第三版).北京:高等教育出版社.2005

篇四:地球磁场的作用

英媒:地球生命“保护盾”磁场加速衰减 或引发大灭绝(3/9)

这项研究重点在于从杰克山取出的古老的锆石晶体中的磁铁矿,它代表着封存磁矿的时间。磁铁矿的大小约0.1至0.2毫米,约有32亿年至42亿年之久,说明那段时间地球上就已存在着磁场。太阳系中只有地球和水星存在磁场。火星曾经有但是40亿年前就消失了。火星的磁场消失后,火星暴露在太阳风中,整个大气层和水都被剥掉,只剩下荒凉的火星。Tarduno说,“火星上也曾富于空气和水。”

磁层隔离了地球和太阳辐射。如果磁层急剧减弱,到达地面的太阳辐射量将增加,生命暴露在加倍的来自宇宙的辐射下,将导致更多生命死于癌症。电网被太阳风暴摧毁的风险增大。科学家们正在高度关注其他可再生能源,以防电网崩溃后的地球进入一片黑暗。NASA的一名研究磁层规律的科学家Mona Kessel说,“带电量高的粒子会毒害我们的卫星

地球的气候也会改变。近期一项丹麦的研究表明:气象受磁场的影响很大。宇宙射线直接进入大气层的辐射量的波动会改变覆盖地球的云量。磁层减弱,太阳风和大气层激发的极光现象也会增多。

地球的气候也会改变。近期一项丹麦的研究表明:气象受磁场的影响很大。宇宙射线直接进入大气层的辐射量的波动会改变覆盖地球的云量。磁层减弱,太阳风和大气层激发的极光现象也会增多。

地球上的“保护盾”正在减弱,有害的太阳风会穿透大气层。磁层有几英里厚,影响着每一件事,包括通讯和气象。欧洲宇宙局的Swarm计划旨在呈现磁层的变化,经过一年的努力后,他们呈现出了动态变化的一部分。

据英国《每日邮报》7月30日报道,小型锆石晶体从澳大利亚西部内陆地区取出测试,结果显示地球的磁场在42亿年前开始形成,比先前估计的形成时间35亿年早了许多。地磁场一直保护着地球上的每一个生命,抵御着太阳风和来自太阳的带电粒子。如果没有它,地球上的的大气和水将不复存在。罗切斯特大学的地球物理学者John Tarduno说,“如果没有它,我们的行星将是一片贫瘠的荒地。”一直以来,科学家们为地磁场的形成时间争论不休。

篇五:地球磁场成因新解

地球磁场成因新解

(来自:WWw.SmhaiDa.com 海达范文网:地球磁场消失)

临沂大学沂水分校

陈维会

地球磁场的起源现在仍然是个谜,地球磁场形成的机理有诸多解释,但都不能

很好的解释地球磁场的一些现象。本人经多年的数据检测采集,研究考察及论证,

提出新的地磁成因理论,它不仅有可检测的大量的第三方数据佐证,还能解释地球

磁场的所有现象,是目前最接近事实的地磁成因理论。

内容摘要:

由于太阳的温度很高那里的物质被电离,电离的太阳物质在运动时

受太阳磁场的作用,正电荷会上浮到太阳的最外层并被抛向太空,太阳

会失去过多的正电荷而带负电,地球俘获了太阳抛出来的正电荷而带正

电。地球表面上的电荷分布是不均匀的,在太阳电场的作用下,地球表

面的电荷绕地球运动形成了电流,地球磁场主要是由这电流产生的。利

用这一假设可以很好的解释地球磁场许多现象,包括以往的假设无法解

释的现象,并且有大量的测量数据佐证。

一、地球磁场的特性

宇宙中的天体大多数都有一定强度的磁场。据科学家探测研究得知:我们居住

的地球磁场强度约为(0.3-0.6)310-4T;地球表面赤道上的磁场强度约为

0.29~0.40高斯;地磁北极的磁场强度为0.61高斯;地磁南极的磁场强

度为0.68高斯;南半球强北半球弱;南北磁极与地理的南北极不重合;地轴

与地磁轴成11.50的交角;并且南北磁极的地理位置不断在变化,如下表所示。

磁北(2001)

81.3°N,110.8°W 极

磁南(1998)

64.6°S,138.5°E 极 (2004 估82.3°N,113.4°W (2004 估63.5°S,138.0°E 计计) (2005 估82.7°N,114.4°W ) 计) 地理南极附近 地理北极附

地球磁场受太阳活动的影响较大,地磁场随时间作周期性变化,其中以一昼夜

为周期的变化称为地磁场周日变化,简称日变(diurnal variation)。日变的幅度

因时间、季节和纬度而异,不同纬度地区日变规律不同。地磁场的日变化在南北纬

300附近最强。地磁场的日变化一般是白天比夜间强,早晚平稳,中午明显,幅度一

般在十几到几十纳特之间。下图是山东郯城地震台测绘的地磁和地电场的日变化曲

线图

图一

地球表面的磁场强度随季节的变化是夏季增强冬季减弱;还随气候和空间环境

在变化,干旱季节有所减弱,太阳的活动对地磁影响巨大;地球表面各处磁场强度

相差很大,有些地域在不同的时期磁场强度变化很大。

就地球的整个磁场来说是不稳定的,在历史上地球的基底磁场强度变化很大,

有时强有时弱,甚至消失或者颠倒。据可靠的地质资料显示,地球磁场的南北极可

能出现过数次颠倒。

一、地球磁场起源的探索

对地球磁场起源的探索,早在公元1600年前后就已经开始了,自英国的吉伯

(W.Gilbert)提出“地球是一个巨大的磁石”开始,有关地磁场起源的推测已有近

400年的历史,先后提出了10多种学说,但至今仍未获得圆满解决。

其主要假说有永磁体说、电荷旋转学说、电流说、压电效应说、发电机理论等。

这些假说有的被现代实验和研究所否定,有的不能圆满解释地球磁场的一些现象。

永磁假说认为:地球的内核是由镍铁组成的,它像一个巨大的磁棒,地球的磁场

就是这永磁体产生的。这一假说很快被居里发现的居里点所否定。永磁体只所以具

有磁性是因为磁性物质内微小区域的分子电流趋向一致形成磁畴,若大量的磁畴方

向相同,对外就显示出磁性。当温度升高时由于分子的热运动,磁畴被破坏,磁性

也就消失了。永磁体消失磁性的温度叫居里点,铁的居里点是770℃,地核的温度高

达2700℃,地核中的铁镍早就失去了磁性,所以永磁说被否定。

电荷旋转学说认为;地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷,由

地球自转而形成闭合电流,由此电流产生磁场,但这学说缺乏理论和实验基础。

现在大多数学者倾向于发电机理论。 1919年拉莫尔(J.Larmor)首先提出了

旋转的导电流体维持自激发电机的可能性,这是关于地磁场起源的自激发电机说的

最早概念。

发电机理论有两种模型,一种假设认为:地核中的物质在高温下处于熔融和电

离状态,由于内核的温度高于外核的温度会发生对流,又因这里的物质处于电离状

态,这种导电的流体在原来微弱的地磁场作用下形成了一台自激发电机,于是形成

了电流,是这电流形成了地球的磁场。近代探测表明:外核上层的温度约2600k,内

核上层的温度约3000k,外核的厚度约2300km,外核的温度梯度为0.174℃╱km,在

极高压强的地核中,液态的金属粘稠度会变高,粘稠的金属熔液在这样小的温度梯

度中是难以形成对流的;又因地核不可能是由单纯的铁镍组成,必定会有比铁重或

轻的物质,重物质下沉,轻物质上浮,上轻下重怎么会发生对流!虽然靠近内核的区

域温度高,但在那高温高压条件下熔融的金属液体,是否有地面上那样的热胀冷缩

规律,目前还不得而知。再者地核是金属组成的,其热传导能力很强,光靠热传导

就能把内部的热量传到上方,无需对流传导。即使形成对流其流速也会非常缓慢,

由此产生的霍耳电势差也及其微小,而地球内核不可能是超导体,有一定的电阻,

电流也就非常微弱,因而形成的磁场也非常微弱;即便是发生对流,液态金属的流

动是两个方向相反的涡流,产生的磁场会互相抵消,对外不显磁性;另外这种假设

也不能解释地球磁场随昼夜,季节,气候及太阳活动的变化现象。更重要的是:

这种假设的能量来源无法解释,只是一种推测,所以这种假设受到质疑。

另一种发电机理论的模型是:地核的外核是熔化的金属液体,内核是由铁镍组

成的金属固体,内核的转动与外核的转动不同步,在原来磁场的作用下,具有很强导

电能力的内核也成为一台自激发电机,由此而产生的电流的流动便形成了地球的磁

场。如果真的存在不同步现象,有科学家估计内外核每年约只有0.3-0.5度的差异,

那么最大相对线速度不足3.32310-4M/S,内核中的电荷依这样的速度在0.5310-4T

磁场中运动所产生的霍耳电势差约几十毫伏,内核的电阻率在10-15数量级时形成的

电流才能产生地球南北两级的磁场强度。可铁镍在常温常压下的电阻率是10-8数量

级,(高温时的电阻率还会增加)相差如此之大,能产生足够的电流形成地磁场吗?

但现在地球内核的转动与地球的转动是否不同步还没有可靠的科学依据。现在虽然

有科学家依此理论建立了计算机三维立体物理模型模拟地球内部的实际情况。

由模拟显示的地磁场强度接近于实际情况,这只是模拟了地磁强度的大小,但

由于地球内核的质量巨大它的转动是非常稳定的,所以这种理论无法解释地球磁场

的其他变化情况。

有假设认为:地球的外核带有大量电荷,这些电荷随地球外核一起转动便形成

了电流,于是产生了地磁场。地球外核中的电荷虽然随地球一起转动,可相对我们

地面上的来说是不动的,那么我们在地面就不会探测到地磁,但我们探测到了。 又因为无论是地球的外核或内核都具有相当大的质量,它们的转动角速度是不易改

变的,由此而产生的电流也是恒定的,这种假设形成的磁场两极应当与地理两极重

合,事实不重合。说明这种假设不成立。地球的磁场会随昼夜、季节、天气、太阳

活动等因素而变化。这种假设也很难解释地球磁场的变化。

几百年来人们的目光一直盯在地球深处,靠一些未被证实的假设来证明另一个

假设,靠模型的模拟来证明假设。无真凭实据的材料来证明这些假设,难免让人产

生怀疑。

那么,地球的磁场到底是如何产生的呢?

二、地球磁场的产生

磁场的产生有三种机理,一种是永磁体,靠磁性物质内微小区域的分子电流产生较小的磁性体--磁畴,大量的磁畴有序排列,对外就显示出磁场。第二种是运动的电荷产生磁场,这里包括电流产生的磁场。还有就是变化的电场产生磁场。

地球磁场的产生也不外乎这三种形式。

既然地球内部没有永磁体;当然地球磁场不可能是交变电场产生的,因交变电场产生的磁场也是交变的,可地球的磁场相对来说是稳定的。那么地球磁场产生的原因只有一种,那就是运动电荷产生的!

那么这些电荷在哪里,怎么获得的这些电荷又是怎样运动的,驱使这些电荷运动的能量来自那里呢,这些运动电荷产生的磁场是否能解释地磁的所有现象,或者有普遍规律,能解释其他天体的磁现象?下面就用已知的事实回答和证明这些问题。

地球磁场是一个复杂的系统,在地面和太空测得的数值不同性质也不同,与周边天体有着密不可分的联系,特别是太阳对地球的磁场影响巨大。目光只盯在地球上是无法给出地球磁场的来龙去脉的。由于地球的磁场会随昼夜、季节、天气、太阳活动等因素而变化,这说明地球磁场不可能是由地球内部的运动电荷产生的,因为由于地壳的屏蔽作用地球外部的变化不会影响到地球内部的电荷运动,所以地球的磁场主要是由地球表面的运动电荷,及近地空间运动电荷产生的。

1、地球表面电荷的来源

从地球表面到地球中心的温度逐渐增高,由塞贝克在1821年发现的塞贝克效应得知,地球内部和地球表面会产生不同的电荷,地球表面可能由此带有一定量的电荷。因此在公元1900年有人提出电荷旋转学说:认为地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷,地球的表面带有负电荷,地球表面的负电荷会随地球自西向东的自转而形成电流,由此电流产生了地球的磁场。但是此种电荷随地球一起同步运动,在地面上的观察者根本探测不到电荷的运动,这种相对于地面是静止的电荷不会产生磁场,因而地面上的人们就不会检测到地球的磁场。再就是这种假设形成的磁场两极应当与地理两极重合,事实不重合。所以这种假设没有引起人们的注意。

实际上地球表面电荷来自太阳

如果我们把视线扩大到宇宙中去,会发现宇宙中充满了电荷。我们知道太阳是一个巨大而炽热的气体球,太阳中的物质在高温下被电离,是电的良导体。

(下图是太阳结构示意图)

图二

太阳内部的物质活动剧烈,太阳表面物质的运动方向非常混乱,不同区域的物质运动方向不同,同一区域物质的运动方向在不同的时间也不会相同。但从太阳整体来看,在某一时期太阳表面物质的运动方向趋于一致。由于太阳有较强水平分量的磁场,平行于太阳表面且垂直于太阳水平磁场运动的电离物质会产生霍耳效应,其中的正电荷和负电荷会受到太阳磁场的作用力,且力的方向是平行于太阳半径的,正负电荷受到的作用力方向相反,若某种电荷(如正电荷)受到的电磁力,方向是沿太阳半径向外的,那么正电荷会上浮,并到达太阳的色球层和日冕层,使这里正电荷的数量大于负电荷的数量。太阳每时每刻都会向太空抛射大量的物质,太阳外层的正电荷也会大量的被抛出,(太阳风便是从太阳抛出的带正电的氢原子核和带负电的电子,)从太阳抛向太空的正电荷数量会大于负电荷的数量,久而久之太阳就会失去正负电荷的平衡而带负电。

(下图是美国航天局公布的太阳磁场图片)

图三

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