地球磁場的解說王晶制作0510351目錄地球磁場來源的11種學說地磁要素地磁場的變化地球磁場反向的9種學說地球磁場為什么會改變地球磁場曾經(jīng)多次翻轉地球磁場的應用新的研究方向離開地球磁場來源的11種學說永磁體學說，是最早提出的一種學說，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學說(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，由地球自轉而形成閉合電流，由此電流產(chǎn)生磁場，但這學說缺乏理論和實驗基礎。壓電效應學說(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。旋磁效應學說(1933)，認為地球內(nèi)的強磁物質(zhì)旋轉可以產(chǎn)生地球磁場，但這種旋磁效應產(chǎn)生的磁場只有地球磁場的大約千億分之一。溫差電效應學說(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)的不均勻對流，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。磁力線扭結學說(1950)，認為在地球磁場磁力線的張力特性和地核的較差自轉，會使原始微弱的地球磁場放大，由此產(chǎn)生地球磁場。發(fā)電機學說(1946－1947)，認為是地球內(nèi)部的導電液體在流動時產(chǎn)生穩(wěn)恒的電流，由這電流產(chǎn)生地球磁場(目前研究和應用較多的地球磁場學說

)旋轉體效應學說(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物體都會產(chǎn)生磁矩，因而產(chǎn)生磁場。這一學說需要使用一無科學根據(jù)的常數(shù)，5年后又被提出這一學說的科學家根據(jù)精密的實驗結果加以否定了。電磁感應學說(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。

霍爾效應學說(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種學說

非偶極型磁場變化學說(1964)，無規(guī)磁場起伏學說(1968)，地核流體對流對稱性變化學說(1969)，地核流體對流區(qū)分布變化學說(1969)，地核三偶極型磁場學說(1969)，偶極型磁場變化學說(1971)，雙偶極型磁場學說(1975)，銀河星系旋臂干擾學說(1974)，地外天體撞擊學說(1987)等。地球磁場為什么會改變科學家指出，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)多次翻轉科學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。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50萬年翻轉一次，而最近一次的翻轉發(fā)生在78萬年前。地球磁場的應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。磁法探礦不僅可應用于鐵礦的勘探，而且還應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)學家讓·皮埃爾·瓦萊說：“在變化曲線的最底部