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第八講 神秘磁力(地球磁場)
更新時間: 2018-10-21

磁石(又稱吸鐵石)吸引鐵片,猶如慈母愛撫子女,故早期稱之為慈石,以表其情意。以后,不知為什么去掉了這個頗帶人情味的“心”,而代之以左偏旁的“石”,才有今日之“磁石”。

古人將磁針懸掛,可指向南北。后又知道,磁針不正指南北而略偏東西。這就是指南特性和磁偏特性。對此現象,古人并不理解,而歸之于磁石的某種“神秘”力量。

磁石之所以具有指南特性,歸根結底不在磁石自身,而是地球磁場與磁石的相互作用結果。對于地磁場的觀測,除固定的臺站進行連續記錄,還有海上和高空的磁測量,以及由火箭和衛星進行觀測等。通常記錄磁場的垂直分量Z、水平分量H和磁偏角D或磁傾角I。它們通稱為地磁要素。

地磁場的分布很有規律。磁傾角等于零的地方構成磁赤道,磁傾角等于90°的地方構成磁極(南北磁極)。地磁極的位置與地理極的位置并不重合,這是造成有磁偏角的原因。

地球磁場有三個明顯特點,第一,地磁場的主要成分(約占80%),由偶極場提供。由于這一點,早期的地磁學工作者誤認為地球是一個大磁體,實際上是由于地球內部高溫,深部巖石并不存在磁性造成的。第二,非偶極場的變化中心隨時間有一個向西移動的趨勢,習慣上稱為“西向漂移”,人們對此有不同解釋。一種看法認為,由于地核內部存在徑向流動,根據角動量守恒定律,上升物質為保持原角動量數值而增加轉速,從而形成外核與內核的轉動速度差別。因為外核是地磁場源,外核轉速較內核慢,從而導致主磁場向西移動。第三,地磁場的總強度是比較弱的,其大小相當于一個馬蹄玩具磁鐵的強度,但是由于它分布在如此巨大的地球上,因而形成一道天然屏障,屏蔽著外空射向地球的高能帶電粒子和宇宙射線,并且將這些捕獲的大量質子、電子等構成內外輻射帶。這兩個輻射帶在幾萬公里高空,它們受太陽活動影響,又造成地磁場的急劇變化(如磁暴等)。

據古地磁學研究,在地質年代,地球上的物體都受磁場的作用,有些高溫下巖石(如地下涌出之巖漿)會發生磁化,取得與磁場方向相一致的磁性。當巖石逐漸冷卻時,這種磁性部分保留下來,從而構成巖石的熱剩磁。如果再通過放射性方法測定年齡,那么就可以得到不同地質年代的磁場方向變化,從而為人們展示一幅磁場方向的變化歷史。研究結果表明,地球在歷史上曾多次發生磁場方向變化,即地磁南北極對調,其變化的時間可以從幾十萬年到幾百萬年。

目前,對于地球的“神秘磁力”的研究,顯然取得了很大進展,但是其中不少問題還處于推測或假說階段,有許多秘密有待揭示。


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