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地磁場形成的原因

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  你知道地磁場嗎?地磁場,即把地球視為一個磁偶極子(magnetic dipole),其中一極位在地理北極附近,另一極位在地理南極附近,這兩極所產(chǎn)生的球體磁場即為地磁場。下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹地磁場的相關(guān)知識。

  地磁場形成的原因

  地球存在磁場的原因還不為人所知,普遍認(rèn)為是由地核內(nèi)液態(tài)鐵的流動引起的。最具代表性的假說是“發(fā)電機(jī)理論”。1945年,物理學(xué)家埃爾薩塞根據(jù)磁流體發(fā)電機(jī)的原理,認(rèn)為當(dāng)液態(tài)的外地核在最初的微弱磁場中運(yùn)動,像磁流體發(fā)電機(jī)一樣產(chǎn)生電流,電流的磁場又使原來的弱磁場增強(qiáng),這樣外地核物質(zhì)與磁場相互作用,使原來的弱磁場不斷加強(qiáng)。由于摩擦生熱的消耗,磁場增加到一定程度就穩(wěn)定下來,形成了現(xiàn)在的地磁場。

  還有一種假說:

  鐵磁質(zhì)在770℃(居里溫度)的高溫中磁性會完全消失。在地層深處的高溫狀態(tài)下,鐵會達(dá)到并超過自身的熔點(diǎn)呈現(xiàn)液態(tài),決不會形成地球磁場。而應(yīng)用“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”來做解釋,認(rèn)為按照物理學(xué)研究的結(jié)果,高溫、高壓中的物質(zhì),其原子的核外電子會被加速而向外逃逸。

  所以,地核在6000K的高溫和360萬個大氣壓的環(huán)境中會有大量的電子逃逸出來,地幔間會形成負(fù)電層。按照麥克斯韋的電磁理論:電動生磁,磁動生電。所以,要形成地球南北極式的磁場,必然需要形成旋轉(zhuǎn)的電場,而地球自轉(zhuǎn)必然會造成地幔負(fù)電層旋轉(zhuǎn),即旋轉(zhuǎn)的負(fù)電場,磁場由此而生。

  地磁場起源

  地球物理學(xué)的基本問題之一。自1600年英國的吉伯(W.Gilbert)提出“地球是一個巨大的磁石”開始,有關(guān)地磁場起源的推測已有近400年的歷史,但至今仍未獲得圓滿解決。

  簡史地磁場的主要部分猶如一個近似沿自轉(zhuǎn)軸方向均勻磁化的球體的磁場。因此“永久磁石說”就成為地磁場成因最早和最自然的猜測。

  當(dāng)?shù)厍蛭锢韺W(xué)家提出地核可能是由鐵、鎳等強(qiáng)磁性物質(zhì)組成的時候,這種猜測似乎得到了支持。然而地球內(nèi)部的溫度遠(yuǎn)超過鐵的居里點(diǎn)(見巖石磁性),所以這個假說不能成立。繼而有人曾企圖借助于帶電地球的旋轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)磁效應(yīng)、溫差電流以及感應(yīng)電流等物理效應(yīng)來解釋地磁場,但其量值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠大。

  例如根據(jù)回轉(zhuǎn)磁效應(yīng),地球由于自轉(zhuǎn)獲得的磁化強(qiáng)度約為10-10電磁單位,比與地磁場相當(dāng)?shù)木鶆虼呕蝮w的磁化強(qiáng)度7.2×10-2約小9個數(shù)量級。鑒于從已有的物理規(guī)律找不到答案,有人開始探索新的規(guī)律。

  1947年英國物理學(xué)家布萊克特(P.M.S.Blackett)發(fā)現(xiàn),當(dāng)時測定的太陽、室女星座78號星和地球3個天體的磁矩M和角動量P滿足關(guān)系,其中G為萬有引力常數(shù),c為光速,β為比例常數(shù),約為0.25。布萊克特把這個關(guān)系設(shè)想為物理學(xué)的一個新定律,作為地磁場起源的解釋,稱為“巨大轉(zhuǎn)體說”。由于有3個天體的支持,這個假說曾一度引起廣泛的關(guān)注。

  為證實(shí)這一結(jié)果,布萊克特專門設(shè)計(jì)了一種測弱磁場的高靈敏度儀器,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的,所以布萊克特本人聲明放棄他的假說。

  磁場生物

  磁場強(qiáng)度

  像海龜、鯨魚、候鳥等眾多遷徙動物均能走南闖北,每年可旅行幾千公里,中途往往還要經(jīng)過汪洋大海,但是還能測定精確的位置??茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn),海龜能通過地球磁場和太陽及其他星體的位置來辨別方向。但對于遷徙中的海龜來說,僅有“方向感”是不夠的,它們可能還有一張“地圖”,用于明確自己的地理位置,最終到達(dá)某個特定的目的地。美國北卡羅來納大學(xué)查珀?duì)栂柗中5目下迓芯啃〗M發(fā)現(xiàn),綠海龜對不同地理位置間的地磁場強(qiáng)度、方向的差別十分“敏感”,它們能通過地磁場為自己繪制一張地圖。

  地理子午線

  信鴿能在遙遠(yuǎn)的地方飛回而不迷失方向,也是由于地磁的幫助

  地磁場的強(qiáng)弱叫地磁感(應(yīng))強(qiáng)度,地磁場的磁子午線與地理子午線間的夾角叫磁偏角,地球上某處地磁場方向與地面水平方向間的夾角叫磁傾角,這三個物理量稱為“地磁三要素”。但是從地球的一個地方到鄰近的另一個地方,地磁要素的變化一般都十分微小。

  地磁場圖記錄了地球表面各點(diǎn)的地磁場的基本數(shù)據(jù)和它們的變化規(guī)律,它是航海、航空、軍事以及地質(zhì)工作不可缺少的工具。船舶和飛機(jī)航行時,用磁羅盤測得的是地磁方位角,因此只有知道了當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇牌菙?shù)值,才能確定地理方位和航行路線。

  磁暴

  一般來說,地磁要素的變化是很小的,但是跟太陽活動有密切聯(lián)系的磁暴現(xiàn)象,卻發(fā)生得十分突然。這是因?yàn)樘柡谧踊顒觿×业臅r候,放出的能量相當(dāng)于幾十萬顆氫彈爆炸的威力,同時噴射出大量帶電粒子。這些帶電粒子射到地球上形成的強(qiáng)大磁場迭加到地磁場上,使正常情況下的地磁要素發(fā)生急劇變化,引起“磁暴”。發(fā)生磁暴時,地球上會發(fā)生許多奇異的現(xiàn)象。在漆黑的北極上空會出現(xiàn)美麗的極光。指南針會搖擺不定,無線電短波廣播突然中斷,依靠地磁場“導(dǎo)航”的鴿子也會迷失方向,四處亂飛。地磁場能阻擋宇宙射線和來自太陽的高能帶電粒子,是生物體免遭危害的天然保護(hù)傘。

  所以這個“超巨”的地磁場,對地球形成了一個“保護(hù)盾”,減少了來自太空的宇宙射線的侵襲,地球上生物才得以生存滋長。如果沒有了這個保護(hù)盾,外來的宇宙射線,會將最初出現(xiàn)在地球上的生命幼苗全部殺死,根本無法在地球上滋生。

  地下資源

  地球上某些地區(qū)的巖石和礦物具有磁性,地磁場在這些埋藏礦物的區(qū)域會發(fā)生劇變,利用這種地磁異常可探測礦藏,尋找鐵、鎳、鉻、金以及石油等地下資源。

  在發(fā)生強(qiáng)烈地震之前,地磁的三要素也都會發(fā)生改變,造成地磁局部異常的“震磁效應(yīng)”。這是由于地殼中的巖石,有許多是具有磁性的,當(dāng)這些巖石受力變形時,它們的磁性也要跟著變化,從而可以較正確地作出“震前預(yù)報”。

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