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地磁场为何会倒转?下一次倒转何时来?看详细分析

编辑:厦门在线新闻网 www.xmcjy.com 时间:2018-09-14 22:10 人气:
地磁场为何会倒转?下一次倒转何时来?看详细分析---地磁场的减弱或许对人类的电力设备有较大的影响。失去地磁场的维护,来自外太空的高能射线可以直接影响卫星

  下一次地磁倒转什么时候来

  新闻背景

  近日,海峡两岸科学家联手在闻名学术期刊《美国科学院院刊》上发表了一篇论文,通过研究贵州三星洞内的石笋,他们发觉地磁的南、北极可快速倒转,可能只需要一百多年。这可能会对地球生物圈、卫星通讯设备等造成影响。

  地磁倒转的发觉

  在太阳系中,地球是一个反常特别的星球,她表面有大量的液态水,有特殊板块构造,有地震、火山,更是有一个全球性的磁场。所谓全球性的磁场,就是说整个地球的地磁场是一致的,所有地方磁极的指向都是相同的,有着共同的地磁南极和北极。不像火星,磁场是局部的,不同的地方磁极的指向不同。

  由于地磁场的存在,从太阳吹向地球的大量高能射线(太阳风)在逼近地球的时候被扭曲转向,阻止太阳风直接接触电离层,使电离层不至于逸散。另一方面,在大气层的顶部,有一些气体分子会发生电离逃逸,比如氧离子和氢离子。而地磁场能够把将要逃逸的离子重新送回电离层,维持大气的稳定。

  虽然地磁场摸不着看不见,但是人类利用磁场的时光很早。在古代中国,就有利用司南和指南鱼指示方向的记录。但是,直到1600年,才由英国闻名的物理学家吉尔伯特首次提出,地球本身就是一个巨大的磁铁,有两个磁极,指南针的工作原理就是磁铁之间的吸引,并且正确指出地球内部有一个铁的内核。不过,在随后的数百年里,人们一直认为,地磁场,至少地磁的方向,是固定的,指南针指示的南北方向是恒定的。但后来发觉,地磁场是反常不稳定的,不管是方向还是强度。

  和其他重大的地质学发觉一样,人类对地磁倒转最初的认识来源于对岩石的研究。在地球的岩石中,或多或少都会含有一部分的铁。在岩浆岩中,当高于某一特定温度时,里面磁性元素铁的磁场会在地磁的作用下定向排列;当冷却低于这一温度时,岩石就不再受地磁的影响,从而记录下当时地磁场的方向。物质的这一特性是闻名的物理学家居里夫人最先发觉的,后来人们就把这一特定的温度称为居里点,不同物质的居里点并不相同。在沉积岩中,其中的铁在沉积的过程中,受地磁场作用也会发生重排,从而记录下当时的地磁场方向。

  在1906年,法国地球物理学家布容在研究法国中南部火山区熔岩及其下面的黏土沉积物的时候,发觉岩石记录的磁极和立即的地磁极是相反的,从而推断地球的磁场可能发生过倒转。在上世纪20年代,日本地质学家松山对日本、朝鲜和中国东北的玄武岩举行了大规模的磁性调查,系统地研究了地磁倒转的问题。但这些研究在当时并未引起足够的重视。

  直到上世纪50年代,随着地质年代学的发展,科学家才逐渐意识到地磁倒转是一个全球性的问题,并开始着手运用地磁学解决诸多地质学的问题。比如,在大洋底的玄武岩中发觉了对称的磁独特条带,这是因为从地球深处不断上涌的岩浆向两侧扩展,记录下了当时的古地磁方向,这种条带成为海底扩张的直接证据。时至今日,地层记录的古地磁方向,依然是地质学家恢复板块在历史时期的位置以及漂浮轨迹的最有力证据。

  未解之谜——地磁场倒转

  地磁学的研究在解释地球构造方面取得了巨大的成功,但是地磁场为什么会倒转?到目前为止,这个问题并没有一个让人得意的答案。在2005年,美国闻名杂志《科学》在创刊125年之际,向全世界各领域的顶尖科学家征询意见,提出来125个重要科学问题,地磁倒转之谜即为其中之一。

  在过去的8300万年中,地磁场共倒转了183次,而且没有明显的规律,有时候100万年可以倒转五六次,有时候可能只有一次。在恐龙繁盛的白垩纪(侏罗纪后),地磁场稳定了4000万年没有发生倒转,这段时光地磁场的方向和今天是一样的,是迄今为止地层记录中持续最长的地磁稳定期。最近的一次倒转发生在78万年以前,并保持至今。

  地磁场的产生以及倒转可能和地核的状态以及运动有关。地核的深度为2900公里,又可以分为外壳和内核,其中外核为液体,内核为固态。地核的主要组成为铁和镍,另外还有硅、硫等元素,温度在5000摄氏度以上。立即一种比较流行的观点认为,地磁场起源于地核的运动。由于地核极度的高温和液态的存在形式,外核物质与热量的对流十分普遍。我们知道,铁是一种磁性金属,其对流可以造成磁场与电流的相互激发,形成稳定的全球性磁场。这被称为地球发电机模型。

  虽然地磁场产生的具体原因尚有待进一步研究,但比较确定的是肯定和液态的地核有关。和地球十分类似的月球和火星,由于体积较小、冷却快,地核已完全固化,因而没有全球性的磁场存在。

  实验室理论模拟结果表明,地核的运动是不规律的,产生的磁场会随机转向。但是,这种实验室的模拟结果,是否适用于自然状态,仍有待验证。

  我们立即处于下一次地磁倒转的关口吗?

  很久之前就有人预言,立即地磁场正在减弱,我们也许处在地磁倒转的关口。

  地球磁极的流淌,并不是一眨眼的事情,一般会持续数千年或数百年的时光。本次海峡两岸科学家的研究结果甚至说明,地磁场可以在一百多年的时光内完全转向。依据对地球上历次古地磁倒转的研究结果,在地磁场倒转期间,会有两种现象,一个是地磁极的快速挪移,另一个是地磁场强度的减弱。

  前面我们提到,在古代,地磁场就已经被用来指示方向,但是地理的北方和指南针指示的北方并不是重合的,二者有一个夹角,称为磁偏角,地球上不同位置的磁偏角并不相同。早在宋代,沈括在《梦溪笔谈》中就记载了磁偏角的存在。而且,地磁的北极在也在不断的变化,在20世纪伊始,地磁的北极点位于加拿大北部列岛,立即已经挪移到了地理北极点附近,正朝着俄罗斯西伯利亚方向运动,100余年间向北挪移了15°(纬度)还要多。不仅如此,挪移的速度还不一样,近30年来有加速的趋势。但相对应的地磁南极变化就比较小,虽然也在逼近地理的南极,但挪移了不足5°。在地磁倒转期间,磁极可能会挪移到中低纬度地区,比如处于中国境内,甚至赤道附近。地磁极不断挪移的结果,可能就是地磁极的倒转。

  不仅如此,,现今地磁场的强度也在不断减弱。自1932年德国闻名数学家高斯第一次记录地磁场强度以来,到目前磁场强度已经下降了大约10%。历史上在地磁倒转期间,地磁场的强度最大可能会下降到立即的5%左右。


(文章来源:网络整理)


关键字 地磁极 地磁倒转

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