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内容摘要：根据地球的形成表明，地球是由旋转的气体和粒子形成的；根据物体旋转运动的规律决定，形成地球的中心物质 (地核) 旋转慢，外围物质（地表）旋转快；根据运动的相对性原理可知，把地球的外围物质（地表）看成是静止的，那么地球的中心物质（地核）就作旋转运动；由于地球不断地接收太阳射来的带正电的质子，使得地球带有正电，地球带有正电，地核也就带有正电，带正电的地核在旋转时就会产生磁场，这就形成了地磁场。 关键词：地磁场、地核、旋转、地磁翻转、地磁极。 说起地磁场我们感到非常熟悉，可地磁场是怎么产生的，至今还不清楚，这个神秘的面纱何时才能揭开，让我们来共同探讨吧。 一、地磁场的特性 在论述地磁场的产生之前，我们首先了解一下地磁场。 地球是个大磁体，在地球周围空间存在着磁场，即地磁场。实验证明，地磁极和地理的南北极并不完全相合，而且地磁场磁感线的两个汇集点并不在地面上，而是在地面下。它们间的距离比地球直径短，而且两个磁极的连线不经过地心。 由于地球的磁极与地理两极并不相合，所以磁针所指的南北方向仅仅是近似的。磁针静止时所指的方向跟实际南北方向之间的夹角叫磁偏角，用α 表示，如图1所示。各地的α值不同。
地磁场的磁感线一般不与地面平行，而与水平面交成一定的角度，这个角叫磁倾角，用θ表示，它可以用磁倾测量仪测出来。各地磁倾角不同，在地磁极处，θ＝ 90°。磁偏角和磁倾角只能确定地磁场的方向，而不能表明地磁场强弱。磁场的强弱是用磁感应强度表示的，它的方向就是磁感线的切线方向。某一点处磁感应强度的水平分量很容易测量，通常就用水平强度来表示某处地磁场的强弱。知道了某地的磁偏角、磁倾角和水平强度，该点的地磁场就完全了解了。所以这三个量叫做地磁场的三要素。（参考文献 1）。 上面介绍了地磁场的一些特征和地磁场的三要素，可是地磁场的另外两个特征也不得不提，一个是地磁场的两极不是固定的， 地磁的两极在地球的两极不断地移动 （ 参考文献2 ）。另一个是 地磁极不仅移动，而且还有极性反转的现象，在地质时期内，反转次数不下千次，每次反转平均44万年，长者数百万年，短的只有 5万年。 （参考文献3 ） 二、现在对地磁场产生的一些推测 地磁场的产生一直是悬而未决的问题，虽然人们提出了几种观点，可它们总不能令人满意，现在我把它们介绍给大家，让大家也了解了解，看是否合理。 关于地球磁场形成的原因，曾有种种推测：很早人们认为地球的地核部分为具有磁性的镍铁物质，从而形成地球磁场。但是，地内温度高达几千摄氏度，远远超过铁磁性矿物的居里点 （ 作者注：19 世纪末，著名物理家居里在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫 “居里点 ”。 ）， 不可能产生磁场。目前所知，仅仅在20km 范围内的岩石圈部分可以具有铁磁性，但它所产生的磁场强度不可能达到地磁场强度的数量级。还有人认为巨大质量物体的转动可以导致电磁效应，这种看法也被否定了。目前倾向于这种认识：地核的外核部分为液态的金属铁镍物质，是一种导电流体，在地球旋转过程中，产生感应自激，形成地球磁场。又因在地球转动过程中，流体地核比固体地幔略有滞后，因此产生地球磁场逐渐向西漂移。但这些假说有待于继续研究证实。 （ 参考文献4 ） 三、地球的构造 要研究地磁场，我们应该首先了解一下地球的构造。
地球的内部由地核、地幔和地壳三层组成。 地壳是包裹着整个地球内部的薄壳。质量只占全球的 0.2％。大陆地壳与海底地壳有明显的差别。洋壳极薄，厚度2～ 11 千米(包括海水)，平均约 7 千米，密度3～3.3克／厘米 3。与此相反，陆壳则较厚，约15～ 80 千米，平均35千米，密度2.7～ 2.8 克／厘米3。 地幔是地球最厚的一个层面，占了地球质量的 68％左右，它的密度由外至内逐渐增大，外部密度为3 克 / 厘米3，内部密度为5.4 克 / 厘米3。这一层面从地壳下一直延伸到2900 千米外。 地核是指地球内部位于地幔之下的核心部分。地幔与地核的界面深度定为 2891千米。据推测外地核可能由液态铁组成，其中可能含镍约10％，并有大约 15％较轻的元素，如硫、硅、氧、钾、氢等。内地核应为刚性很高的，在极高压(3.3 ×1011～ 3.6 ×1011 帕)下结晶的固体铁镍合金组成。地核质量占地球全部质量的33％。 （ 参考文献5 ）。 上面就是人们现在对地球构造的一些认识，再说的简单一点就是，地球的构造是：在固体的岩石地壳之下是岩浆地幔，岩浆地幔之下是液态铁外核，液态铁外核之下是地球的中心——固态铁内核 四、关于电磁的一点基本知识 研究地磁场离不开电磁知识，关于电磁的一些知识我就不多说了，基本的东西大家一定是知道的，在这里只作一下简单的提示。磁可以生电，电可以生磁。电荷切割磁力线运动会受到力的作用，运动的电荷就会产生磁场。从宏观角度说，就是导体切割磁力线运动会产生电流，电流会产生磁场。 五、地磁场的产生 在第二节中给大家介绍了以前人们对地磁场产生的一些推测，现在我说说我的观点，让大家作个比较，看哪个观点正确。 地磁场是由地核产生的，这是人们通过测量得出的结论，磁场是由运动的电荷产生的，也可以说是由电流产生的，那我们可以作这样一个设想，如果地核在不停地旋转，并且带有一定的电量，那么地磁场不就产生了吗？问题的关键是：１、地核会不会旋转。２、地核会不会带电。 地核会不会旋转，为了寻求这个答案，我们从地球的形成说起。 大约在 50亿年前，银河系里弥漫着大量的星云物质。它们因自身引力作用而收缩，在收缩过程中产生的旋涡使星云破裂成许多 “ 碎片”。其中，形成太阳系的那些碎片，就称为太阳星云。太阳星云中含有不易挥发的固体尘粒。这些尘粒相互结合，形成越来越大的颗粒环状物，并开始吸附周围一些较小的尘粒，从而使体积日益增大，逐渐形成了地球星胚。地球星胚在一定的空间范围内运动着，并且不断地壮大自己。于是，原始地球就形成了。原始地球经过不断的运动与壮大，最终形成了今天的模样。 （ 参考文献6 ） 从上面的论述说明，地球开始是由固体尘粒相互结合形成的，那我问一问大家，哪些物质会首先相互结合在一起。你一定会说是相对静止的物质会首先相互结合在一起，因为旋转的物质在惯性的作用下会摔在外面。你说的太对了，我们知道，旋转会使物质远离中心，越靠近中心，物质的旋转越慢，这就使我们会想到，地核的旋转速度与地壳是不同的，地壳旋转得很快，地核的旋转速度很慢很慢，甚至是静止的。 地壳的旋转速度很快，地核的旋转速度很慢，由于运动是相对的，假如我们把地壳看成是静止的，那么地核就作快速地旋转。由于地壳的旋转是由西向东，那么地核相对于地壳来说就是作由东向西的旋转，根据地磁场的特性是 N极在南，S 极在北，如果地磁场是由旋转的地核带电引起的，由此判断，地核应该带正电。 根据上面的描述看出，地核相对于地表作由东向西的旋转是必然的，并根据地磁场的特性判断，地球应该带正电，也就是说，如果找到了地核带正电的证据，那么地磁场产生的问题就解决了。 地核会不会带正电，会，肯定会，你知道太阳粒子事件吗， 太阳粒子事件是太阳上发生耀斑（指太阳色球层有时发生局部区域的短暂增亮现象）时发射出的高能带电粒子。它的主要成分是质子，也称为太阳质子事件或太阳爆发。 （ 参考文献7 ）。这些质子会向太空扩散，被地球吸收。既然太阳射来的带电粒子主要是质子，质子带的是正电，地球不断地接收着太阳射来的带正电的质子，地球怎么会不带正电，地球带有正电，地核自然也就带有正电，那么地核相对于地壳作由东向西的旋转产生磁场就是必然的了，这就产生了地磁场。由此说明上面的假设是正确的。 地核产生磁场的问题解决了，地磁场的两极为什么与地球的两极不能重合，这是因为外核是液体，内核就是个独立的旋转体，由于内核的两极与地球的两极不重合，所以地磁场的两极就与地球的两极不重合。 那地磁场的两极又为什么会不断地移动，这是因为地球在绕太阳运动时并不是平稳地运动着， 地球就在月球和太阳的不平衡的吸引力共同作用下产生了摆动 （参考文献8）。也就是说地球总是摆来摆去，由于地核的密度大于地球的平均密度，在摆动的过程中，地核会发生位移，并不是总处在中心，地核的位移就会引起地磁场两极的位移，所以地磁场的两极在地球的两极不断地移动着。 六、地磁场的翻转 通过人们的研究发现，在古代地磁场发生了多次翻转，这是什么原因，有人对此提出了一些设想，但总离不开让地核的南北极转向，因为地磁场是地核产生的。我们想一想，地核的南北极会转向吗？如果地核的南北极会转向，那么地球的南北极也应会转向，我认为这是永远也不可能的，因为那么大的物体要转向需要多么大的能量，转向以后要停下来，又需要多么大的能量，这些能量由谁来提供。 既然地核和地球的南北极不可能转向，而地磁场的翻转又是通过科学测量手段测出来的，那是什么原因。我们回忆一下地磁场的产生。地磁场是带正电的地核旋转产生的，那么要让地磁极翻转有两个途径，一是让地核改变其旋转方向，二是让地核带负电。让地核改变其旋转方向我认为可能性不大，那么地核会不会带负电。 地球带正电是接收了太阳射来的带正电的质子，由此可以推断，太阳就应该带负电，因为它发射的质子多于电子，长时间的质子亏损太阳必然会带负电 太阳带负电这又与地球何干，有，有很大的关系，太阳带负电是因为太阳发射的质子多于电子引起的，这个现象应该是个普遍现象，也就是说，在宇宙形成的初期，因温度很高，发生着类似太阳上的核反应，只是比太阳上的核反应更剧烈，也就是说发生的质子亏损更严重。质子的向外扩散使得剩下的物质带着负电，在随后的爆炸中，产生的碎片都应带着负电，即在星际中的物质都应带着负电，如果某时刻有大量的星际物质（如陨石）落在地球上，那地球不就带负电了吗？地球带了负电，地核就带了负电，地磁极自然就翻转了。 在科学上与许多猜想，如果他的猜想有理有据，那么这种猜想可能是对的。 参考文献： 1、孟昭辉http://www.pep.com.cn:82/200406/ca444856.htm 2、李沁阳 http://210.41.245.5/blog/u/1658/archives/2005/1084.html 3、河南省测绘局http://www.hnchj.com/hnchj/kepuduwu/9.htm#49 4 、王鸿赖、李光岑 http://www.lantianyu.net/pdf5/ts016031.htm 5 、上海科技 http://www.stcsm.gov.cn/learning/lesson/course/detail.asp?id=87&lessonnum=3&coursenum=20 6、上海科技 http://www.stcsm.gov.cn/learning/lesson/course/detail.asp?id=86&lessonnum=2&coursenum=20 7、陈宁 http://www.costind.gov.cn/n435777/n435783/108688.html 8、百度百科 http://baike.baidu.com/view/43547.htm
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杨发武 （yangfawu185@126.com） 上传2007.10
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