地磁是怎样产生的?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-29
地球磁场成因是地球物理学重大理论难题之一,它与地球演化、地球内部能量和物质运动、天体磁场的成因等问题密切关联。

• 几百年来,这个题目一直吸引着许多科学家,他们曾先后提出过不少假说。

• 如旋转磁效应、旋转电荷、自由衰减电流,磁暴引起的电磁感 应、热电效应、重物旋转、绕结理论等等。

• 虽然这些假说都具有一定的意义,但却没有一种令人满意的解释地球的永磁性问题。

• 任何一种合理的地磁成因论,都必须从地球内部的结构和性质出发,能解择地球磁场下述的一些现象:

• (1) 地球磁场在近地空间的形态,接近于一个中心磁偶极子磁场;

• (2) 地磁轴偏离地球自转轴通常只是一个不大的角度,而且就大约10^6a的时间平均而言地磁轴与地球自转轴相重合;

• (3) 地球磁矩大约为10^22一10^23A·m^2,而且在整个地磁场 历史 中变化不大。地球磁场在地面上的强度约为0.5x10^-4T;

• (4) 地球磁场具有非偶极子磁场成分;

• (5) 地球磁场存在长期变化现象,并且可能具有10^2、10^3年和10^4年量级的一些分立周期;

• (6) 地球磁场会反复发生倒转;

• (7)地球磁场至少已存在10^9a。

•假设宇宙大爆炸过后,形成了新的星系,地球磁场的初始状态是受到太阳磁场的影响而产生的地磁场。在太阳强大磁场的作用下,由于地球的公转,使其地球中的类似于环形铁镍金属物质的导体切割太阳的磁力线,从而形成了环形电流。巨大的环形电流在太阳磁场的作用下产生运动,这个运动推动了地球的自转,地表的环形电流远小于地幔和地心,所以,对地球的公转和自转影响不会太大(因为地表中的铁镍物质体积和密度远小于地幔和地心)地球初始的自转速度较慢。因为地球的自转,又增加了地幔和地心的环流(电流)强度,也就使地球的自转速度(提升)永远保持在当前的恒定速度。于此同时,也增加了地表铁镍物质的环形电流强度,这一强大的环形电流,促使地表环形铁镍金属物质产生强大的感应磁场,也就形成了地球的内部磁场,地球的内磁场远大于太阳的磁感应强度从而形成了独立的地球磁场。所以,地球的磁场由此而产生(地球只有永远的保持公转和自转运动,才会有地磁的产生)。

第一种看法认为地球内部有一个巨大的磁铁矿 ,由于它的存在,使地球成为一个大磁体。这种想象很快被否定了。因为即使地球核心确实充满着铁、镍等物质,但是这些铁磁物质在温度升高到760℃以后,就会丧失磁性。尤其是地心的温度高达摄氏五六千度,熔融的铁、镍物质早就失去了磁性。因而不可能构成地球大磁体。

第二种看法是认为由于地球的环形电流产生地球的磁场。因为地心温度很高,铁镍等物质呈现熔融状态,随着地球的自转,带动着这些铁镍物质也一起旋转起来,使物质内部的电子或带电微粒形成了定向运动。这样形成的环形电流,必定像通电的螺旋管一样,产生地磁场。但是这种理论如何去解释地球磁场在 历史 上的几次倒转呢?

第三种看法认为是地球内部导电流体与地球内部磁场相互作用的结果,也就是说,地球内部本来就有一个磁场,由于地球自转,带动金属物质旋转,于是产生感应电流。这种感应电流又产生了地球的外磁场。因此这种说法又称做'地球发电机理论'。这种理论的前提是有一个地球内部磁场,那么,这个地球内部磁场又是来源于什么地方呢?它的变化规律又是怎样的呢?这又无法解释!

地球磁场是怎么产生的

从我国古人发明指南针以来,人们就已经知道地球存在着南北极对称的磁场,几千年来,人们对这个磁场的存在习以为常,很少有人对此现象的本质做过深入的研究.大约在本世纪50年代末,人们发现地球的磁场让太阳风"压"在一个水滴形的区域中,称之为磁层.地球的巨大磁场从此开始引起许多人的注意.

传统的观点认为,地磁场是由地球内部的铁质物质形成的.有的科学家甚至十分肯定地说,地球有一个铁质的地核,有许多科普文章也是如此解释的,这真是无稽之谈.

为了说明这一点,我们不妨回顾一下居里夫妇的研究成果.我们现在所见到的铁磁质是铁的化合物或铁与其它物质的混合物,它们的特性虽然与地磁场极其相似,但绝对不是地磁场成因.因为居里夫妇的实验证明,铁磁质在770℃(居里温度)的高温中磁性会完全消失.在地层深处的高温状态下,铁会达到并超过自身的熔点呈现液态,决不会形成地球磁场.

法国科学家安培在一百多年前就已揭示了"磁现象的电本质",事实上人们早就应该明白地磁场的产生必然是与电现象有本质联系的.

按照物理学研究的结果,高温,高压中的物质,其原子的核外电子会被加速而向外逃逸,所以,地核在6000K的高温和360万个大气压的环境中会有大量的电子逃逸出来,地幔间会形成负电层.

按照麦克斯韦的电磁理论,可以总结出这样一句话:电动生磁,磁动生电.所以,要形成地球南北极式的磁场,必然需要形成旋转的电场,而地球自转必然会造成地幔负电层旋转,即旋转的负电场.

磁场由此而生.

然而,这会不会使人们陷入"先有鸡还是先有蛋"的困惑之中呢 也就是说,磁场,电流和旋转,这三个基本条件,哪一个是先产生的呢

这里没有牛顿说的"上帝的第一次推动",那么,是什么原因导致了康德所说的"第一次起动"呢

这第一次起动,可以理解为第一次激发(激磁),这种激发来源于三个渠道:一是另一个星体磁场的影响;二是另一颗星体电场的影响;三是撞击造成的旋转.

只要有这三个条件中的任何一个,轴对称的磁场和稳定的自转就被启动了.在这三个条件中,第一条是主要的.从多年的实践来看,地球磁场受到太阳磁场的影响是很大的,地球的磁极与南北极不重合现象,就是太阳磁场对地球的第一次激发造成的,因为地轴与赤道面存在着一定的倾斜角度.

天文学发现天王星的磁场不是两极对称的,而是弯曲的,如果这是真实的,也可以说明它受到了另一个磁场"太阳磁场"的影响.其原因与它的运行姿态密切相关,它是"躺"在公转轨道上运行的,太阳磁场的影响使它的磁场发生了弯曲.

地核中大量电子的逃逸必然使地内存在定向的电流,这可以用左手定则来断定:让地磁N极(地理南极)的磁力线穿过手心,拇指指向地球旋转的方向(由西向东),其余四指所指的方向就是电流的方向.由此可以看出,这个电流的方向是从地表指向地心的,由于电流的方向是电子运动的反方向,所以,可证明现阶段正有电子从地球深处向外逃逸.地球内部磁场根据右手定则来判断是个两端开口的椭圆蛋壳形状.

但是,地球内外挤压的过程不是永恒的,挤压的结果是达到原子核间斥力和正负电场引力的平衡.当挤压过程结束时,电流消失,自转驱动力会消失, 地磁场也将消失,太阳发射出来的各种射线会直达地表,密集的正电粒子对电子的中和作用将进一步增强,使地幔层的电子减少,负电场减弱.这必然使地心的压力减小,引力将会变小,地球的"腰围"也必然会变粗.当地核的斥力占有绝对优势时,地球将会进入膨胀期,地幔层的电子会回流向地心,如果此时地球仍存在一定的自转惯性,那么,地磁场的方向会发生变换;如果此时的地球已完全停止自转,那么,还有可能是磁场的方向不变而改变的是自转的方向.因此,有两种结果产生:要么地磁反转,要么自转反向.

"地磁反转"学说对此提供了可*的依据——近年来,许多地质学家一致认为在过去的7600万年中地磁至少反转过171次.因为许多国家已经从地质勘测中查到了地磁反转的证据.

法国和美国的科学家通过10Be分析法证实地磁场发生过逆转.地球上的Be(铍)元素都是以稳定的9Be存在的,如果有10Be存在则与地磁场消失有关,地磁消失时,磁层和电离层消失,宇宙射线中的高能粒子会直达地表,在它们的轰击下,氮氧等元素会发生裂变反应,产生7Be和10Be.7Be的半衰期很短,将很快消失,而10Be的半衰期却很长,找到10Be就等于找到了磁极反转的证据.七十年代,科学家在大西洋海底4731米深处发现了较高浓度的10Be,相应的地质年代为70万年,从而证实,在70万年前有过一次地磁反转.

——地磁反转,正是地电流的反向流动造成的.

乌克兰专家们也探测到,地球磁通量数值在最近200年里大大减小,按现有的速度递减,再过1000年地球的磁通量将降至零值.

英国地质观察中心阿兰·汤普森教授指出,地球磁场在 历史 上不止一次曾消失过,地球磁极的变换是这种现象的结果.有的科学家推断,地磁场发生逆转前,磁力急剧减弱,直至消失,其后约需1万年时间磁力强度才逐渐回复,但磁极方向却完全相反了.

这真是一项重大发现.

可以肯定,地磁变换的周期将越来越长,直到最终停止,成为一颗死行星.

如果仔细分析地磁产生的原因,人们就会明白,磁极变换和电子运动方向的改变是密不可分的两个现象,而这个过程是个耗能的过程,周期逐渐变长显然是不奇怪的,总有一天这个过程会完全终止,而使地球成为一颗没有电磁活动的死行星.

对于人类和所有生物来说,地磁变换是灾难性的.地磁消失后,太阳的各种射线都会直达地表,强烈的辐射会使动植物发生变异生长.当地磁变换后,地内电子回流的速度远远超过挤压时的逃逸速度,而且电流强度也比逃逸电流的强度大得多,这使地磁场的磁通量增加至现阶段的几倍甚至几十倍,较强的电流和磁场会给地球自转以强大的动力(安培力),地球将以极快的速度自转,地壳会被离心力扯裂,体积将增加至现阶段的数倍甚至数十倍.

由于负电场力的减弱,地球在太阳磁场中受到的洛仑兹力将会减弱,磁极反转使地球磁场与太阳磁场相排斥,公转轨道将向日外偏离,它将加入"外行星"的行列,这种现象将维持到下一次磁极变换.

因此,地球磁极的变换是人类面临的最大的威胁。

  • 地磁场产生的原因是什么?
    答:7. 目前普遍认为,地球内部的核心是由铁镍组成的导电流体,这些导体的运动可能产生了地磁场。8. 岩石在形成过程中可能会保留一定的磁性,这种现象称为热剩磁。通过研究这种磁性,可以了解古代地球磁极的位置。9. 地球磁极曾多次反转,这是自激发电机地磁场成因假说可以解释的现象。10. 地磁场的短期变化可...
  • 地磁是如何产生的
    答:1. 地磁的产生主要是由于地球内部液态外核的金属导电物质在旋转过程中产生了电流,这些电流产生了磁场。2. 简单来说,地磁是由地球内部数百万年的电磁活动产生的。3. 地球的内部结构主要分为核心、地幔和地壳三个主要部分。其中,外核主要由液态的金属物质构成,主要包括铁和镍。4. 这些金属物质在极高...
  • 地磁场是如何产生的?
    答:3、地球磁场属于电磁场,是通过外核的电子随地球自转的电流效应(近似于电生磁)产生的磁场。地磁场强度很弱。4、地球磁场(the earth magnetic field)是指地球周围空间分布的磁场。地球磁层位于高层大气之外,是一个形状类似慧星的磁性包层。
  • 地磁场是怎样组成的?
    答:现在流行的地磁起源说法是自激发电机假说,认为地磁场起源于地球外地核圈层。因为外地核的液态可能是一个导电的流体层,发生差异运动或者对流的可能性更大些,会使原来的弱磁场增强,进而导致磁场进一步增强。才形成现在说的基本磁场。而地球外部叠加在基本磁场上发生短期变化的磁场,我们就把它叫做变化磁场。...
  • 地球磁场是怎么产生的
    答:地球磁场的形成原因和其它行星的磁场的形成原因是类似的,地球或其它行星由于某种原因而带上了电荷或者导致各个圈层间电荷分布不均匀。这些电荷由于随行星的自转而做圆周运动,由于运动的电荷就是电流,电流必然产生磁场。这个产生的磁场就是行星的磁场,地球的磁场也是类似的原因产生的。这个假说和各个行星磁场...
  • 地磁是怎样产生的
    答:地磁场的产生 地球的主磁场 由于在地球周围吸收和发出的光子信息能量存在差异,也就是存在光子信息的能量流向问题,存在电场,由于地球的自转和公转,对待同一个地点的光子信息能量密度随时间发生变化,,于是人们就说产生了磁场,通常说成是地磁场;地磁场的产生是多方面的,是复杂的,但是以地球自转和...
  • 地磁场是怎么产生的?
    答:地磁场的产生:地球的主磁场源于地球内部物质的运动。地球自转和公转产生的角动量转换为地球内部的电流,这些电流又产生磁场。因此,地磁场的根本来源是地球内部物理过程,尤其是液态外核的流动。地磁场的方向:地磁偏角是由地球自转和公转共同作用的结果。地磁北极和南极并不完全与地球自转轴或公转轴重合...
  • 地磁场是如何产生的?
    答:1、地球磁场的主要功能是创建一个磁场屏障,将宇宙射线集中到地球的南北磁极区域。地磁北极和地磁南极分别位于地理南极和地理北极附近。2、地球的磁性是地球内部的一种物理属性。地球可以被视为一个巨大的磁体,它周围的空间表现出磁力作用,即地球磁场。地磁场的基本特性类似于一个位于地心的磁偶极子产生...
  • 地球磁场是怎么产生的?
    答:地球的磁场也是类似的原因产生的。地球磁场(the earth magnetic field)是指地球周围空间分布的磁场。偶极型,近似于把一个磁铁棒放到地球中心,地磁北(N)极处于地理南极附近,地磁南(S)极处于地理北极附近。地球磁场属于电磁场,通过外核的电子随地球自转的电流效应产生的磁场。
  • 地磁场产生的原因是什么?
    答:但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极位置却是不同的。这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。人们还发现,在某些地质时代成岩的岩石,磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反。这是由于地球在形成之后,地磁场曾多次自己反向的结果。按照自激发电机地磁场成因假说,这种反向是可以理解的。地磁...