地球磁场方向改变和磁极逆转之谜

作者:江征涛

科学生活 2000年06期

  人们很早就会利用地磁场来为航海指向导航,但对地磁场形成的原因、地磁场方向的改变,尤其是地磁场磁极逆转的原因一直无法解释。近些年来,地球物理学家提出了地磁场形成的假说,他们认为地球从外到里是由地壳、地幔、地核构成的。地核又分内核和外核,内核是固态的,外核则由熔融状态的金属构成,这个液态的外核处于旋转、对流等运动之中,这样便形成了电流,而在这个电流周围存在着磁场,于是便形成了地磁场。

  我们已经知道地磁场的两个磁极与地理位置的南北极不但不重合,而且它们的位置一直在移动。地磁场两磁极的位置移动的现象称为“极移”。航海人员要确认航行方向,除了靠罗盘以外,还要靠航海图中所注记的各地区的磁差变化,才不致于误入歧路。磁差变化虽然十分缓慢,但每隔一段时间便需由海洋测量人员做一次实地的资料调查,以弄清地磁场两磁极的确切位置。为此,加拿大的地球物理学家曾提出每隔十年必须要对地磁场的两个磁极的位置进行一次测量。对磁北极(实际是指地磁场的南极)最近一次测量是在1985年的春天,测量结果表明,磁北极位于加拿大北部的佐留特港以北350公里处, 即磁北极与地理北极相距1500公里。

  根据科学家的长期考察,不但证明了地磁场的磁极是缓慢地沿着固定的方向漂移,而且还证实了在漫漫的历史长河中地磁场曾几经地磁南极和地磁北极的逆转。1909年法国科学家布津内就发现,70万年以前地磁场的两磁极曾发生逆转。到了60年代,科学家用放射性同位素年代确定法与古地磁学相结合,终于发现在过去的数百万年间地磁场的两磁极逆转了十余次,而且确定了每次逆转的具体年代,其中距今最近的一次确实发生在70万年之前。到了70年代,科学家又通过对陆上岩石和海底堆积物的磁力测定,以及对海洋地壳的地磁条纹花样的分析,终于发现在过去的7600万年间地球一共发生过171次磁场磁极的逆转。 我国科学家在对黄土高原古地磁的研究中也证实地球在其生长过程中确实发生过南北磁极的逆转,而且在每次磁极变化的交替阶段,还有一段磁极不定向漂移过程。现在对地磁场极移和逆转的原因众说不一,比较有代表性的解释有以下几种:

  一是认为由于地球所处的太阳系围绕银河系中心逆转时,要受到宇宙间有规律的电磁干扰而导致地磁场方向的变化。

  二是认为地球核心是由熔融状态的铁所组成,它们随着地球的自转而不停地旋转,由于这是在地磁场中运动,就会产生涡电流,于是又产生了新的磁场。因为这一过程与发电机的工作原理相似,所以又被称作“发电机理论”。

  三是美国哈佛大学的地球物理学家于1987年2月发表论文认为, 地球内部存在着相对而言的热部位和冷部位,而熔融状态的铁的运动起着一台发生器的作用来产生地球的磁力。地磁场的大部分磁力都是从内核通过南极大陆底下的地球岩石地幔中的两个冷部位出来,随后向北绕过地球,再从地幔中另外两个冷部位进入到内核。这两个冷部位一个在加拿大的北部底下,另一个在俄罗斯的西伯利亚底下,而地磁场方向的变化及磁极逆转很可能就是地幔中热部位和冷部位的位置变化造成的。

  到目前为止,关于地磁场的成因,极移与地磁场逆转的各种假说虽然都能解释一些现象和问题,但都尚未定论,这还有待于世界各国的地球物理学家研究和探索,而当前最令科学家们感兴趣的问题是:下一次的地磁场逆转将在何时发生?


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