什麼是異常的地磁

2021-12-21 17:47:53 字數 1955 閱讀 4917

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我們知道,地球像是一塊大磁鐵,有很弱的磁場;北磁極在地理南極附近,南磁極在地理北極附近。所以磁針都指向南北。

2023年,**科學家斯米爾諾夫在該國庫爾茨克地區偶然發現一個奇怪的現象:他的磁針並不指向南北!這種情況叫地磁異常。

是什麼原因使地磁異常呢?他進行了分析,認為這預示著該地區有可能存在著巨大的天然磁鐵,其磁力比地磁更強,同時也預示著地下可能存在著巨大的磁鐵礦。不過,鑑於當時的條件不成熟,這一鐵礦未能發現。

偉大的十月革命後,蘇維埃政權誕生。根據前述史料,2023年列寧指示對該地區進行地球物理勘探。2023年,第一個鑽孔在163米深處找到了巨大的鐵礦。

此事對地球物理勘探方法的迅速發展起了重要的推動作用。

地磁的起源和地磁磁極像一個撲朔迷離的謎團,在歷史上曾歷經多次失敗的推測,直到2023年上半年才有了一個較為圓滿的謎底:美國新墨西哥州洛斯阿·拉莫斯國立實驗所加里·格拉茨邁爾和洛杉磯加利福尼亞大學保羅·羅伯茨進行了長期而複雜的計算機模擬實驗研究後得知,以岩石和堅固金屬為核心的地球3 000~5 000千米深處有一個很厚的液體金屬層,這金屬層繞著地心轉,但轉速很慢,低於地球自轉的速度。這一轉動的液體金屬層形成一個環形電流,所以形成地球磁場。

研究人員在用計算機進行3個月的計算還驚喜地發現,模擬的地球磁場南北還會顛倒過來,這與地球磁場的換向不謀而合。地球磁場的換向週期很不穩定,一般約4~100萬年,最近一次換向是在77.5萬年以前。

他們對換向原因的解釋是,堅固的核心和它周圍的液體層是兩塊相對的磁石,但隨著攪動液體磁石的對流力的變化,液體磁石就會倒換,即南北極顛倒。雖然以上學說仍需實踐證實和檢驗,但比以前的幾種學說都要成熟得多。

以前幾種不成熟的學說如下:

①「地心磁體說」:認為地核和地幔記憶體在一塊天然磁體,所以地球有磁場。由於地核和地幔的溫度都很高(地核介面約2 400k,100千米深處的地幔約1 500k),大大超過了鐵和鎳的居里點(分別約1 043k和631k),所以這一假說不能成立。

②「導電球磁體說」:由於探空火箭發現靠近地表有一徑向電場,電場方向向下,所以地球表面帶負電荷(計算約為5×105庫侖),地球外導電層帶正電荷,其間以厚約50千米的不良導電層隔開。由於地球自轉形成自東向西的環形電流,和外導電層正電荷隨地球自轉而產生的環形電流都形成磁場,其總和就是地球磁場。

但計算表明,這兩個磁場都比實際地磁場弱得可忽略不計:實際地磁場約5×105特斯拉;地球環形電流磁場約10-13特斯拉,外導電層環形電流磁場也微不足道。

③「太陽風感生電流磁場說」:2023年,美國詹姆斯·範·艾倫小組由「探險者」和「先鋒」號衛星發現地面上空的兩條寬大輻射帶(當時人稱「艾倫輻射帶」),後來的衛星證實實際僅是一條輻射帶,此後便稱為磁層。由於太陽風中的高能帶電粒子(主要是質子和電子)高速進入磁層,會受到洛侖茲力而偏轉,在磁層頂部形成電流,其方向與地球自轉方向相同。

這一電流在地球表面產生的磁感應強度即是地磁場。由於太陽風會因面對太陽或背離太陽而變,因而地磁場也會變化的,但實際地磁場卻相對保持恆定。所以,這一假說也未根本解決地磁起源問題。

④「自激發電機說」:認為地球基本上是一個導電流體球,地核中原來就存在像銀河中某處存在的那種弱磁場,液態地核中持續發生差異運動或對流;按磁流體力學規律,地核物質和上述弱磁場相互作用,引起自激發電機效應,使原弱磁場加強而形成地球磁場。但這種假說未經證實,也不能解釋地磁南北磁極會顛倒的變化。

地球磁場的磁極顛倒的原因是什麼?這也是2023年第4期《自然》雜誌載文中當今世界97個物理難題中的第17個難題。

2023年9月18日,《參考訊息》登載了日本文部省核聚變研究所一個研究小組負責人佐藤哲也的研究成果:他們用電子計算機模擬實驗表明,地球是由最深部的高溫鐵塊——核心(熱源)及其外部流動的鐵等構成的外核(流動體)構成。熱源的熱變成能源,在外殼形成幾個柱狀等離子旋渦,複雜的運動產生電流,從而形成地球磁場。

這與前述美國格拉茨邁爾等關於地球形成原因的說法有一些相似之處。

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南北極地磁是不一樣的,北磁極在地理南極附近,南磁極在地理北極附近。所以磁針都指向南北。

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