地磁場(chǎng)形成的原因
你知道地磁場(chǎng)嗎?地磁場(chǎng)，即把地球視為一個(gè)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(chǎng)即為地磁場(chǎng)。下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹地磁場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)。
地磁場(chǎng)形成的原因
地球存在磁場(chǎng)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(dòng)引起的。最具代表性的假說(shuō)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，像磁流體發(fā)電機(jī)一樣產(chǎn)生電流，電流的磁場(chǎng)又使原來(lái)的弱磁場(chǎng)增強(qiáng)，這樣外地核物質(zhì)與磁場(chǎng)相互作用，使原來(lái)的弱磁場(chǎng)不斷加強(qiáng)。由于摩擦生熱的消耗，磁場(chǎng)增加到一定程度就穩(wěn)定下來(lái)，形成了現(xiàn)在的地磁場(chǎng)。
還有一種假說(shuō)：
鐵磁質(zhì)在770℃(居里溫度)的高溫中磁性會(huì)完全消失。在地層深處的高溫狀態(tài)下，鐵會(huì)達(dá)到并超過(guò)自身的熔點(diǎn)呈現(xiàn)液態(tài)，決不會(huì)形成地球磁場(chǎng)。而應(yīng)用“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”來(lái)做解釋?zhuān)J(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(huì)被加速而向外逃逸。
所以，地核在6000K的高溫和360萬(wàn)個(gè)大氣壓的環(huán)境中會(huì)有大量的電子逃逸出來(lái)，地幔間會(huì)形成負(fù)電層。按照麥克斯韋的電磁理論：電動(dòng)生磁，磁動(dòng)生電。所以，要形成地球南北極式的磁場(chǎng)，必然需要形成旋轉(zhuǎn)的電場(chǎng)，而地球自轉(zhuǎn)必然會(huì)造成地幔負(fù)電層旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)的負(fù)電場(chǎng)，磁場(chǎng)由此而生。
地磁場(chǎng)起源
地球物理學(xué)的基本問(wèn)題之一。自1600年英國(guó)的吉伯(W.Gilbert)提出“地球是一個(gè)巨大的磁石”開(kāi)始，有關(guān)地磁場(chǎng)起源的推測(cè)已有近400年的歷史，但至今仍未獲得圓滿解決。
簡(jiǎn)史地磁場(chǎng)的主要部分猶如一個(gè)近似沿自轉(zhuǎn)軸方向均勻磁化的球體的磁場(chǎng)。因此“永久磁石說(shuō)”就成為地磁場(chǎng)成因最早和最自然的猜測(cè)。
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(shí)候，這種猜測(cè)似乎得到了支持。然而地球內(nèi)部的溫度遠(yuǎn)超過(guò)鐵的居里點(diǎn)(見(jiàn)巖石磁性)，所以這個(gè)假說(shuō)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(lái)解釋地磁場(chǎng)，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(chǎng)相當(dāng)?shù)木鶆虼呕蝮w的磁化強(qiáng)度7.2×10-2約小9個(gè)數(shù)量級(jí)。鑒于從已有的物理規(guī)律找不到答案，有人開(kāi)始探索新的規(guī)律。
1947年英國(guó)物理學(xué)家布萊克特(P.M.S.Blackett)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)測(cè)定的太陽(yáng)、室女星座78號(hào)星和地球3個(gè)天體的磁矩M和角動(dòng)量P滿足關(guān)系，其中G為萬(wàn)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(gè)關(guān)系設(shè)想為物理學(xué)的一個(gè)新定律，作為地磁場(chǎng)起源的解釋?zhuān)Q(chēng)為“巨大轉(zhuǎn)體說(shuō)”。由于有3個(gè)天體的支持，這個(gè)假說(shuō)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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一種測(cè)弱磁場(chǎng)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(shuō)。
磁場(chǎng)生物
磁場(chǎng)強(qiáng)度
像海龜、鯨魚(yú)、候鳥(niǎo)等眾多遷徙動(dòng)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(guò)汪洋大海，但是還能測(cè)定精確的位置?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，海龜能通過(guò)地球磁場(chǎng)和太陽(yáng)及其他星體的位置來(lái)辨別方向。但對(duì)于遷徙中的海龜來(lái)說(shuō)，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(gè)特定的目的地。美國(guó)北卡羅來(lái)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(duì)不同地理位置間的地磁場(chǎng)強(qiáng)度、方向的差別十分“敏感”，它們能通過(guò)地磁場(chǎng)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(chǎng)的強(qiáng)弱叫地磁感(應(yīng))強(qiáng)度，地磁場(chǎng)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(chǎng)方向與地面水平方向間的夾角叫磁傾角，這三個(gè)物理量稱(chēng)為“地磁三要素”。但是從地球的一個(gè)地方到鄰近的另一個(gè)地方，地磁要素的變化一般都十分微小。
地磁場(chǎng)圖記錄了地球表面各點(diǎn)的地磁場(chǎng)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(shí)，用磁羅盤(pán)測(cè)得的是地磁方位角，因此只有知道了當(dāng)時(shí)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(lái)說(shuō)，地磁要素的變化是很小的，但是跟太陽(yáng)活動(dòng)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?yáng)黑子活動(dòng)劇烈的時(shí)候，放出的能量相當(dāng)于幾十萬(wàn)顆氫彈爆炸的威力，同時(shí)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(chǎng)迭加到地磁場(chǎng)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(shí)，地球上會(huì)發(fā)生許多奇異的現(xiàn)象。在漆黑的北極上空會(huì)出現(xiàn)美麗的極光。指南針會(huì)搖擺不定，無(wú)線電短波廣播突然中斷，依靠地磁場(chǎng)“導(dǎo)航”的鴿子也會(huì)迷失方向，四處亂飛。地磁場(chǎng)能阻擋宇宙射線和來(lái)自太陽(yáng)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(gè)“超巨”的地磁場(chǎng)，對(duì)地球形成了一個(gè)“保護(hù)盾”，減少了來(lái)自太空的宇宙射線的侵襲，地球上生物才得以生存滋長(zhǎng)。如果沒(méi)有了這個(gè)保護(hù)盾，外來(lái)的宇宙射線，會(huì)將最初出現(xiàn)在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無(wú)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(chǎng)在這些埋藏礦物的區(qū)域會(huì)發(fā)生劇變，利用這種地磁異?？商綔y(cè)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(huì)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(shí)，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(bào)”。
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