基本介紹
- 中文名：磁場
基本信息,內容介紹,起源,影響,曾多次翻轉,磁極影響,
基本信息
地磁場為什麼能讓磁體能指南北呢？原來地球是一個巨大的天然磁體，它的磁場與條形磁體的磁場一樣。如下圖所示。地磁場對人類的生產、生活都有重要意義。行軍、航海利用地磁場對指南針的作用來定向。人們還可以根據地磁場在地面上分布的特徵尋找礦藏。地磁場的變化能影響無線電波的傳播。當地磁場受到太陽黑子活動而發生強烈擾動時，遠距離通訊將受到嚴重影響，甚至中斷。假如沒有地磁場，從太陽發出的強大的帶電粒子流（通常叫太陽風），就不會受到地磁場的作用發生偏轉而直射地球。在這種高能粒子的轟擊下，地球的大氣成份可能不是現在的樣子，生命將無法存在。所以地磁場這頂“保護傘”對我們來說至關重要。地磁場強度大約是500-600毫高斯,也就是5-6*E-5特斯拉地磁場的發現
內容介紹
我國宋代科學家沈括（1034——1094）在公元1086年寫的《夢溪筆談》中，最早記載了地磁偏角“方家（術士）以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”。沈括是歷史上第一個從理論高度來研究磁偏現象的人。提出較系統的原始理論的是英國人吉爾伯特。他在1600年著的《磁體》一書中，把當時許多有關磁體性質的事實都記了下來，同時創造性地作了劃時代的實驗：把一塊天然磁石磨製成一個大磁球，用小鐵絲製的小磁針裝在樞軸上，放到該磁球附近，在這磁球面上發現小磁針的各種行為與我們在地球上看到指南針的行為完全一樣。吉爾伯特用石筆把小磁針排列的指向標出一條條線，畫成許多子午圈，與地球經線相像，也有一條赤道，小磁針在赤道上則平行於球面。因此吉爾伯特提出了一個理論：認為地球本身就是一塊巨大的磁石，磁子午線匯交於地球兩個相反的端點即磁極上
起源
地球存在磁場的原因還不為人所知，普遍認為是由地核內液態鐵的流動引起的。最具代表性的假說是“發電機理論”。1945年，物理學家埃爾薩塞根據磁流體發電機的原理，認為當液態的外地核在最初的微弱磁場中運動，像磁流體發電機一樣產生電流，電流的磁場又使原來的弱磁場增強，這樣外地核物質與磁場相互作用，使原來的弱磁場不斷加強。由於摩擦生熱的消耗，磁場增加到一定程度就穩定下來，形成了現在的地磁場。
還有一種假說認為：鐵磁質在770℃（居里溫度）的高溫中磁性會完全消失。在地層深處的高溫狀態下，鐵會達到並超過自身的熔點呈現液態，決不會形成地球磁場。而套用“磁現象的電本質”來做解釋，認為按照物理學研究的結果，高溫、高壓中的物質，其原子的核外電子會被加速而向外逃逸。所以，地核在6000K的高溫和360萬個大氣壓的環境中會有大量的電子逃逸出來，地幔間會形成負電層。按照麥克斯韋的電磁理論：電動生磁，磁動生電。所以，要形成地球南北極式的磁場，必然需要形成旋轉的電場，而地球自轉必然會造成地幔負電層旋轉，即旋轉的負電場，磁場由此而生。
還有一種假說認為：鐵磁質在770℃（居里溫度）的高溫中磁性會完全消失。在地層深處的高溫狀態下，鐵會達到並超過自身的熔點呈現液態，決不會形成地球磁場。而套用“磁現象的電本質”來做解釋，認為按照物理學研究的結果，高溫、高壓中的物質，其原子的核外電子會被加速而向外逃逸。所以，地核在6000K的高溫和360萬個大氣壓的環境中會有大量的電子逃逸出來，地幔間會形成負電層。按照麥克斯韋的電磁理論：電動生磁，磁動生電。所以，要形成地球南北極式的磁場，必然需要形成旋轉的電場，而地球自轉必然會造成地幔負電層旋轉，即旋轉的負電場，磁場由此而生。
影響
像海龜、鯨魚、候鳥等眾多遷徙動物均能走南闖北，每年可旅行幾千公里，中途往往還要經過汪洋大海，但是還能測定精確的位置。科學家們發現，海龜能通過地球磁場和太陽及其他星體的位置來辨別方向。但對於遷徙中的海龜來說，僅有“方向感”是不夠的，它們可能還有一張“地圖”，用於明確自己的地理位置，最終到達某個特定的目的地。美國北卡羅來納大學查珀爾希爾分校的肯洛曼研究小組發現，綠海龜對不同地理位置間的地磁場強度、方向的差別十分“敏感”，它們能通過地磁場為自己繪製一張地圖。
信鴿能在遙遠的地方飛回而不迷失方向，也是由於地磁的幫助地磁場的強弱叫地磁感（應）強度，地磁場的磁子午線與地理子午線間的夾角叫磁偏角，地球上某處地磁場方向與地面水平方向間的夾角叫磁傾角，這三個物理量稱為“地磁三要素”。但是從地球的一個地方到鄰近的另一個地方，地磁要素的變化一般都十分微小。
地磁場圖記錄了地球表面各點的地磁場的基本數據和它們的變化規律，它是航海、航空、軍事以及地質工作不可缺少的工具。船舶和飛機航行時，用磁羅盤測得的是地磁方位角，因此只有知道了當時當地的磁偏角數值，才能確定地理方位和航行路線。
一般來說，地磁要素的變化是很小的，但是跟太陽活動有密切聯繫的磁暴現象，卻發生得十分突然。這是因為太陽黑子活動劇烈的時候，放出的能量相當於幾十萬顆氫彈爆炸的威力，同時噴射出大量帶電粒子。這些帶電粒子射到地球上形成的強大磁場迭加到地磁場上，使正常情況下的地磁要素髮生急劇變化，引起“磁暴”。發生磁暴時，地球上會發生許多奇異的現象。在漆黑的北極上空會出現美麗的極光。指南針會搖擺不定，無線電短波廣播突然中斷，依靠地磁場“導航”的鴿子也會迷失方向，四處亂飛。地磁場能阻擋宇宙射線和來自太陽的高能帶電粒子，是生物體免遭危害的天然保護傘。
所以這個“超巨”的地磁場，對地球形成了一個“保護盾”，減少了來自太空的宇宙射線的侵襲，地球上生物才得以生存滋長。如果沒有了這個保護盾，外來的宇宙射線，會將最初出現在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無法在地球上滋生。地球上某些地區的岩石和礦物具有磁性，地磁場在這些埋藏礦物的區域會發生劇變，利用這種地磁異常可探測礦藏，尋找鐵、鎳、鉻、金以及石油等地下資源。在發生強烈地震之前，地磁的三要素也都會發生改變，造成地磁局部異常的“震磁效應”。這是由於地殼中的岩石，有許多是具有磁性的，當這些岩石受力變形時，它們的磁性也要跟著變化，從而可以較正確地作出“震前預報”。
信鴿能在遙遠的地方飛回而不迷失方向，也是由於地磁的幫助地磁場的強弱叫地磁感（應）強度，地磁場的磁子午線與地理子午線間的夾角叫磁偏角，地球上某處地磁場方向與地面水平方向間的夾角叫磁傾角，這三個物理量稱為“地磁三要素”。但是從地球的一個地方到鄰近的另一個地方，地磁要素的變化一般都十分微小。
地磁場圖記錄了地球表面各點的地磁場的基本數據和它們的變化規律，它是航海、航空、軍事以及地質工作不可缺少的工具。船舶和飛機航行時，用磁羅盤測得的是地磁方位角，因此只有知道了當時當地的磁偏角數值，才能確定地理方位和航行路線。
一般來說，地磁要素的變化是很小的，但是跟太陽活動有密切聯繫的磁暴現象，卻發生得十分突然。這是因為太陽黑子活動劇烈的時候，放出的能量相當於幾十萬顆氫彈爆炸的威力，同時噴射出大量帶電粒子。這些帶電粒子射到地球上形成的強大磁場迭加到地磁場上，使正常情況下的地磁要素髮生急劇變化，引起“磁暴”。發生磁暴時，地球上會發生許多奇異的現象。在漆黑的北極上空會出現美麗的極光。指南針會搖擺不定，無線電短波廣播突然中斷，依靠地磁場“導航”的鴿子也會迷失方向，四處亂飛。地磁場能阻擋宇宙射線和來自太陽的高能帶電粒子，是生物體免遭危害的天然保護傘。
所以這個“超巨”的地磁場，對地球形成了一個“保護盾”，減少了來自太空的宇宙射線的侵襲，地球上生物才得以生存滋長。如果沒有了這個保護盾，外來的宇宙射線，會將最初出現在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無法在地球上滋生。地球上某些地區的岩石和礦物具有磁性，地磁場在這些埋藏礦物的區域會發生劇變，利用這種地磁異常可探測礦藏，尋找鐵、鎳、鉻、金以及石油等地下資源。在發生強烈地震之前，地磁的三要素也都會發生改變，造成地磁局部異常的“震磁效應”。這是由於地殼中的岩石，有許多是具有磁性的，當這些岩石受力變形時，它們的磁性也要跟著變化，從而可以較正確地作出“震前預報”。
曾多次翻轉
科學家們通過對海底熔岩的研究發現，地球的磁場曾經發生過多次翻轉。眾所周知，熾熱的岩漿中含有數以萬計的礦物質，就好像一個個“小指南針”。當岩漿冷卻下來後，這些“指南針”也被固定住不再發生變化。這樣，其“南北極”的指向就記錄了當時地球磁場的方向。研究表明，地球磁場平均每50萬年翻轉一次，而最近一次的翻轉發生在78萬年前。由於一百多年來磁場不斷減弱，人們不禁擔心，地球磁場的又一次“大變臉”是否即將來臨？科學家指出，存在於地核周圍的鐵流體（熔融體）好像一部“發動機”，不停地將巨大的機械能轉化成為電磁能，從而形成了地磁場。而鐵流體有時會形成巨大的漩渦，迫使自己的流向發生變化，這就引起了地球磁場的改變。地磁場的兩極倒轉是一個極其漫長的過程，大約需要5000到7000年才能完成。本來，這不是什麼可怕的事，但是，在此過程中，保護人類免受強烈紫外線輻射的地球磁場將會完全消失，這就將造成極其嚴重的後果。
磁極影響
對於人類和所有生物來說，地磁變換是災難性的。地磁消失後，宇宙中的各種射線都會直達地表，地球上生活的生物將失去“保護傘”，受到強烈輻射的傷害。還有科學家認為，地磁場改變導致染色體畸變，會使動植物發生變異生長。因此，地球磁極的變換是人類面臨的最大的威脅。地磁真的會消失嗎？
