地磁

地磁

地磁又稱地球磁場或地磁場,是指地球周圍空間分布的磁場。地磁場類似磁鐵棒,但是這種相似只是粗略的。磁鐵棒或是其它永久磁鐵的磁場是由於鐵原子中的電子有序的運動而形成的。然而,地核的溫度高於居里點(鐵的居里點絕對溫度1043K),鐵原子的電子軌道的方向會變得隨機化,這樣的隨機化會使得物質失去它的磁場。因此地磁場的成因並不是由於有磁性的鐵礦,主要的因素是電流(telluric currents)。另一項地磁場與磁棒不同的特徵是地磁場的磁圈。磁圈與地球有一段距離,與地磁場表面有關。此外,在地核中的磁化的組成成分是轉動的而不是靜止的。

基本信息

基本概念

地磁地磁
地磁是一種地球所具有的磁性現象。羅盤指南和磁力探礦都是地磁的利用。
地磁又稱“地球磁場”或“地磁場”,指地球周圍空間分布的磁場。地球磁場近似於一個位於地球中心的磁偶極子的磁場。它的磁南極(S)大致指向地理北極附近,磁北極(N)大致指向地理南極附近。地表各處地磁場的方向和強度都因地而異。地磁強度由赤道向兩極呈現由低到高的態勢,即低緯度地區磁場低,高緯度地區磁場高。赤道附近磁場最小(約為0.3-0.4奧斯特),兩極最強(約為0.7奧斯特)。其磁力線分布特點是赤道附近磁場的方向是水平的,兩極附近則與地表垂直,地球表面的磁場受到各種因素的影響而隨時間發生變化,地磁的南北極與地理上的南北極相反。

組成部分

通常把地球磁場分為兩部分,即來源於地球內部的“基本磁場”和來源於地球外部的“變化磁場”。

地磁探源

自從人類發現有地磁現象存在,就開始探索地磁起源的問題。人類最早、最樸素的想法就是地球是一塊大磁體,北極是磁體的N極,南極是磁體的S極。這種想法不但中國古代有,在西方1600年以前吉爾伯特也提出過這樣的論點。

產生原因

假設

地磁地磁
假設宇宙大爆炸過後,形成了新的星系,地球磁場的初始狀態是受到太陽磁場的影響而產生的地磁場。在太陽強大磁場的作用下,由於地球的公轉,使其地球中的類似於環形鐵鎳金屬物質的導體切割太陽的磁力線,從而形成了環形電流。巨大的環形電流在太陽磁場的作用下產生運動,這個運動推動了地球的自轉,地表的環形電流遠小於地幔和地心,所以,對地球的公轉和自轉影響不會太大(因為地表中的鐵鎳物質體積和密度遠小於地幔和地心)地球初始的自轉速度較慢。因為地球的自轉,又增加了地幔和地心的環流(電流)強度,也就使地球的自轉速度(提升)永遠保持在當前的恆定速度。於此同時,也增加了地表鐵鎳物質的環形電流強度,這一強大的環形電流,促使地表環形鐵鎳金屬物質產生強大的感應磁場,也就形成了地球的內部磁場,地球的內磁場遠大於太陽的磁感應強度從而形成了獨立的地球磁場。所以,地球的磁場由此而產生(地球只有永遠的保持公轉和自轉運動,才會有地磁的產生)。
第一種看法認為地球內部有一個巨大的磁鐵礦,由於它的存在,使地球成為一個大磁體。這種想像很快被否定了。因為即使地球核心確實充滿著鐵、鎳等物質,但是這些鐵磁物質在溫度升高到760℃以後,就會喪失磁性。尤其是地心的溫度高達攝氏五六千度,熔融的鐵、鎳物質早就失去了磁性。因而不可能構成地球大磁體。
第二種看法是認為由於地球的環形電流產生地球的磁場。因為地心溫度很高,鐵鎳等物質呈現熔融狀態,隨著地球的自轉,帶動著這些鐵鎳物質也一起鏇轉起來,使物質內部的電子或帶電微粒形成了定向運動。這樣形成的環形電流,必定像通電的螺鏇管一樣,產生地磁場。但是這種理論如何去解釋地球磁場在歷史上的幾次倒轉。
第三種看法認為是地球內部導電流體與地球內部磁場相互作用的結果,也就是說,地球內部本來就有一個磁場,由於地球自轉,帶動金屬物質鏇轉,於是產生感應電流。這種感應電流又產生了地球的外磁場。因此這種說法又稱做“地球發電機理論”。這種理論的前提是有一個地球內部磁場,那么,這個地球內部磁場又是來源於什麼地方呢,它的變化規律又是怎樣的呢?這又無法解答了。
此外還有鏇轉電荷假說、漂移電流假說、熱電效應假說、霍耳效應假說和重物鏇轉磁矩假說等等,這些假說更是不能自圓其說。因此,地磁的起源至今仍然是一個謎。

理論

1.地球磁場會形成的原因在理論上和定性上已經透過地磁學的電機原理(dynamotheory)得到了解釋。在地球炙熱外核(outercore)液態的鐵、鎳及其氧化物不斷的流動,且以約每秒0.5毫米的速度向外部較低的邊緣部份流動,如同在一條電纜線內部一樣,在地心熔岩金屬層中,也會被原有的地球磁場感應出一股電流,這種感應電流又製造出一個新的磁場。根據這種”自激磁學說”(Self-excitingdynamo)所產生的循環,同樣進行在每座發電機中。也經由電腦模擬測試,予這種原理有力的論證。
2.地球磁場形成的另一種理論,是美國喬治亞大學的化學教授查理.麥爾敦和地質學教授吉亞迪尼。他們推測:月球萬有引力對地球中心固態的部份有一種持續的牽引作用,因此被熔融液態金屬圍繞的地核會由於其位移而產生持續的磨擦,在赤道上造成一千萬千瓦的熱效應和一兆安培的電流。因此流動於其間的電流產生磁場,同時也是造成高溫地熱的放射性蛻變的原因。並以太陽系中其他行星所作的觀察來支持他們的理論;如水星沒有衛星就沒有顯著的磁場被發現。

地磁偏角

概念

地磁地磁
地磁偏角是指地球上任一處的磁北方向和正北方向之間的夾角。當地磁北向實際偏東時,地磁偏角為正,反之為負。
地磁偏角在歷史上最早由宋代科學家沈括,於11世紀末著的《夢溪筆談》中,在記述用天然磁石摩擦鋼針可以指南的時候指出:“然常微偏東,不全南也。”這是世界上關於地磁偏角的最早發現。歐洲人對磁偏角的發現,是在哥倫布海上探險途中的1492年,比沈括晚四百多年。

變化

在地球上不同的地方,地磁偏角一般也不相同。在同一個地方,地磁偏角隨著時間的推移也在不斷變化。發生磁暴時和在磁力異常地區,如磁鐵礦和高壓線附近,地磁偏角將會產生急劇變化。
在中國的大部分地區,地磁偏角在-10°~+2°之間。
附:各地的磁偏角(於1970年1月1日測量計算的)地名磁偏角

​漠河 齊齊哈爾​ 哈爾濱​ 長春​ 滿洲里​ 瀋陽 旅大​ 北京​ 天津​ 濟南​
​-11°00' ​-9°54' ​-9°39' ​-8°53' ​-8°40' ​-7°44' ​-6°35' ​-5°50' -5°30'​ ​-5°01'
呼和浩特​ 徐州​ ​上海 ​太原 ​包頭 南京​ 合肥​ 鄭州​ 杭州​ 許昌​
​-4°36' ​-4°27' ​-4°26' ​-4°11' ​-4°03' ​-4°00' ​-3°52' ​-3°50' ​-3°50' ​-3°40'
​九江 ​武漢 ​南昌 ​銀川 ​台北 ​西安
長沙​ 贛州​ 衡陽​ ​廈門 烏魯齊​
​-3°03' ​-2°54' ​-2°48' ​-2°35' ​-2°32' ​-2°29' ​-2°14' ​-2°01' ​-1°56' ​-1°50' ​+2°44'
蘭州​ 重慶​ 遵義​ ​西寧 ​桂林 ​貴陽 成都 廣州​ ​柳州 東沙群島​
​-1°44' ​-1°34' ​-1°26' ​-1°22' ​-1°22' ​-1°17' ​-1°16' ​-1°09' ​-1°08' ​-1°05'
昆明​ 南寧​ 湛江​ ​憑祥 ​海口 拉薩 珠穆朗瑪​ ​西沙群島 曾母暗沙​ 南沙群島​
​-1°00' ​-0°50' ​-0°44' ​-0°39' ​-0°29' ​-0°21' ​-1°19' ​-0°10' ​+0°24' ​+0°35'

生物影響

地磁地磁
1、對人體神經系統的影響:

在磁場的作用下,刺激分泌物的合成與釋放增加,一些研究表明,低磁場往往使動物的活性增加,興奮性增高;而較強的磁場常常使生物體的活動減少,興奮性降低,呈現抑制反
應。此外,磁場對植物神經亦有作用,對於心跳、血壓、呼吸有一定的影響。
2、對細胞膜結構及特性的作用:
Grandolfo等在研究後提出磁場可以影響細胞靜態及動態膜特性;另一方面,低頻磁場在影響細胞膜基本結構的同時,還能通過增加脂質的擴散率,進而影響細胞膜的通透性。
3、促進骨質增長:
磁場作用能夠促進成骨細胞的增殖,一定強度的靜磁場作用能使成骨細胞中的鈣離子濃度增加,而且一定強度的靜磁場作用能夠促進成骨細胞的增殖和分化,其可能的原因是在靜磁場作用下,細胞膜鈣離子通道開啟,胞外大量鈣離子進入胞內或可能是胞內“鈣庫”大量釋放的結果。

地磁現象

2015年3月17日,英國威爾斯,一場“嚴重”的地磁風暴使英國上空出現了罕見的紅色北極光,這種現象非行罕見,大概每11年也只會出現1-2次。

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