太 阳和木星亦具有很强，其中木星的磁 场强度是地球磁场的20至40倍。
地磁逆转
• 地磁逆转是指地球磁场方 向的变化，也就是北磁极 和南磁极的对调。地磁逆 转的发生常常伴随着磁场 强度的减弱，当新的方向 确定后，磁场强度又会迅 速增加。逆转发生在显然 是随机的时间间隔从不到 0.1万年前多年多达50万不 等。最近一次，被称为布 容尼斯-松山翻转 （Brunhes–Matuyama reversal ），发生在大约78 万年前
• 地磁探矿
小范围内地磁感应强度和磁倾角几乎没有什么变 化。但是，有时地磁场的变化非常明显，有的地 方会出现磁针反常现象，磁针不再指向南北方向。 在某些山区，磁针甚至变成直立状态。这种电磁 场的剧变称作地磁异常。显然，出现地磁异常的 区域，地下一定蕴藏着丰富的磁铁矿。我们可以 根据地磁异常现象来探测磁铁矿区。
发现过程
• 早在二十世纪初，法国科学家布律内就发现，70万 年前地磁场曾发生过倒转。1928年，日本科学家松 山基范也得出了同样的研究结果。第二次世界大战 后，随着古地磁研究的迅速发展，人们获得了越来 越多的地磁场倒转证据。如岩浆在冷却凝固成岩石 时，会受到地磁场的磁化而保留着像磁铁一样的磁 性，其磁场方向和成岩时的地磁场方向一致。科学 家在研究中发现，有些岩石的磁场方向与现代地磁 场方向相同，而有些岩石的磁场方向与现代地磁场 方向正好相反。科学工作者通过陆上岩石和海底沉 积物的磁力测定，及洋底磁异常条带的分析终于发 现，在过去的7600万年间，地球曾发生过171次磁 极倒转
对于地球磁场的介绍就到这里，当我们总 在探究宇宙的大尺度问题，以及微粒的细 微尺度问题的时候，我们不能忘记，我们 赖以生存的地球还尚有许多未解之谜等待 着我们。其实在介绍了地球磁场的一些知 识的同时，其实也是抛砖引玉，让大家能 够在未来的生活与研究中，留心观察，不 要忘记身边的细节，将近在咫尺的东西的 作用发挥出来。
天体物理学
EP09 地球磁场简述
地球磁场
地球磁场，想必大家 已经非常熟悉了，地 球的磁场有点像把一 个大磁铁棒摆在地球 中间而形成的。这种 看不见摸不着的物质 在不知不觉中影响着 我们，而它的神秘的 起源，难以捉摸的变 化规律以及众多的应 用也一直吸引着无数 人去研究它。今天， 我们就来从我们自己 的角度，在数学知识 和物理知识尚存缺陷 的时候，尽量运用我 们的想象力，来一场 大脑风暴吧。
• 地磁预报
地壳中的岩石，有许多是具有磁性的。地震 发生时，这些岩石受力变形，它的磁性也随之变 化。在强烈地震前夕，地磁感应强度、磁倾角等 都会发生变化，造成局部地磁异常，这就是所谓 的“震磁效应”。掌握了震磁效应的规律，利用 测量仪器监测地磁变化，就可以根据震磁效应对 地震做出较准确的预报。
• 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，宇宙中的各种射线 都会直达地表，地球上生活的生物将失去 “保护伞”，受到强烈辐射的伤害。还有 科学家认为，地磁场改变导致染色体畸变， 会使动植物发生变异生长，还会使一些被 压制的地壳运动提前。因此，地球磁极的 变换是人类面临的最大的威胁。
地球也渐渐形成了地壳、地幔和地 核三层结构.这种情形并不能长久 地保持下去,从较长 的时期看，整 个地球的自转速度处在减速状态，
但地壳与地核间的相对速度却是呈 周期性变化的
• 3 用电磁耦合理论很容易解释这个现象。 由于地幔层的电场是由地幔层与和它相邻 地壳层、地核相互摩擦产生的。当地幔层、 地壳层和地核的成分发生变化时，它们相 互摩擦产生的电荷的电性也会改变。当地 幔层的电场方向改变时，电磁耦合产生的 地磁场的方向也随之改变，地磁场的磁极 也就改变了。
地磁场逆转原因
地磁场逆转原因现在还没有得出一个统一的 结论，一下是关于偏转原因的几种解释：
1 地心周围的液体物质，总是处在不稳定状 态，以非常缓慢的速度转动，一般大约每年 移动一度。然而在受到某种干扰时，这个速 度会变得越来越快，使原有的磁场偏离极地 越来 越远，最后发生南北极互换的现象。
Hale Waihona Puke 另一理论而除了上一张幻灯片提到的说法，还有很多其 他的说法： (1)永磁体学说，是最早提出的一种学说，认为 地球内部存在巨大的永磁体，是由这个永磁体 产生地球磁场。 (2)内部电流学说，认为地球内部存在巨大的电 流，形成巨大电磁体产生地球磁场。 (3)电荷旋转学说(公元1900年，简写作1900)，认 为地球表面和内部分别分布着符号相反、数量 相等的电荷，由地球自转而形成闭合电流，由 此电流产生磁场。
• 根据地磁场起源理论，地磁场磁极 之所以发生倒转，是由地核自转角
速度发生变化而引起的。地壳和地
核的自转速度是不同步的，现阶段
地核的自转速度大于地壳的自转速 度。然而，40亿年前，情况却不是 这样，地球从里到外的自转速度是
一致的，地球表面不存在磁场。但
是，随着地球向月球传输角动量，
地球的自转角速度越来越小。同时，
7.如果人体长期顺着地磁的南北方向可使人体器官细 胞有序化,产生生物磁化效应,使生物电得到加强,器官
机能得到调整和增进,从而起到了良好的作用
• 地磁发电
1992年7月，美国“亚特兰蒂斯号”航天飞机 进行了一次卫星悬绳发电实验。从航天飞机上向 地心方向发射一颗卫星，携带一根金属悬绳，使 这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动。通 过电离层(由等离子体组成)的作用，悬绳上可产生 感应电流。
地磁场翻转期与平时的对比
地球磁场的影响与应用
地球磁场的作用
1.有效地阻止了太阳风长驱直入，形成磁层，产生极 光
2.行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向 3.根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏 4.影响无线电波的传播 远距离通讯
5.从太阳发出的强大的带电粒子流（太阳风），会受 到地磁场的作用发生偏转而偏离地球 6.维持地球的大气成份
小小的准备工作
工欲善其事，必先利其器。要探讨一些物理 现象，首先还是要有一些必备的定义以及数学关 系的。下面给出几个定义。
1、单位时间内通过任意曲面的电荷叫做该曲面 的电流，通常用I表示。
2、很明显，电流是一个标量，要研究在任意的 载体中（而不是仅在导线内的情况）的时候， 有必要引入一个矢量。我们有如下定义：该矢 量的方向，为空间中这一点的正电荷运动方向， 它的大小定义为过该点并与这一矢量垂直的单 位面积上的电流，我们把这个矢量叫做电流密 度。一般用J表示。
3、既然要讨论地磁场的形成机制，自然也就要 引入电和磁的关系。我们给出如下一个公式：
猜想
现在我们有了一些工具了， 除了刚才介绍的，还有你自 己的知识，还有你的想象力。 地球的磁场是可以通过实验 测量的，我们就以旁边这个 图为标准，来猜想一下地球 磁场是什么物质以什么机制 产生的。
关于地球磁场的形成有非常多种说法，下面这种 说法比较流行：
通常物质所带的正电和负电是相等数量的，但由 于地球核心物质受到的压力较大，温度也较高， 约6000 °C，内部有大量的铁磁质元素，物质变 成带电量不等的离子体，即原子中的电子克服原 子核的引引力，变成自由电子，加上由于地地核 中物质受着巨大的压力作用，自由电子趋于朝压 力较低的地幔，使地核内核处于带正电状态，外 核处于带负电状态。这些电荷随着地核的自转运 动，进而形成一种类电流环路，从而产生了磁场。