Question

地磁强度由赤道向两极

Answer 1

地磁又称“地球磁场”或“地磁场”，是指地球周围空间分布的磁场。 地磁场类似磁铁棒，但是这种相似只是粗略的。磁铁棒或是其它永久磁铁的磁场是由于铁原子中的电子有序的运动而形成的。然而，地核的温度高于居里点（铁的居里点1043K），铁原子的电子轨道的方向会变得随机化，这样的随机化会使得物质失去它的磁场。因此地磁场的成因并不是由于有磁性的铁矿，主要的因素是电流（地电流（telluric currents））。另一项地磁场与磁棒不同的特征是地磁场的磁圈。磁圈与地球有一段距离，与地磁场表面有关。此外，在地核中的磁化的组成成分是转动的而不是静止的。

地磁是一种地球所具有的磁性现象。罗盘指南和磁力探矿都是地磁的利用。

地球磁场近似于一个位于地球中心的磁偶极子的磁场。它的磁南极（S）大致指向地理北极附近，磁北极（N）大致指向地理南极附近。地表各处地磁场的方向和强度都因地而异。地磁强度由赤道向两极呈现由低到高的态势，即低纬度地区磁场低，高纬度地区磁场高。赤道附近磁场最小（约为0.3－0.4奥斯特），两极最强（约为0.7奥斯特）。其磁力线分布特点是赤道附近磁场的方向是水平的，两极附近则与地表垂直，地球表面的磁场受到各种因素的影响而随时间发生变化，地磁的南北极与地理上的南北极相反。

通常把地球磁场分为两部分，即来源于地球内部的“基本磁场”和来源于地球外部的“变化磁场”。

自从人类发现有地磁现象存在，就开始探索地磁起源的问题。人类最早、最朴素的想法就是地球是一块大磁体，北极是磁体的N 极，南极是磁体的S极。这种想法不但东方古代有，在西方1600 年以前吉尔伯特也提出过这样的论点。

在宇宙大爆炸过后，形成了新的星系，地球磁场的初始状态是受到太阳磁场的影响而产生的地磁场。在太阳强大磁场的作用下，由于地球的公转，使其地球中的类似于环形铁镍金属物质的导体切割太阳的磁力线，从而形成了环形电流。巨大的环形电流在太阳磁场的作用下产生运动，这个运动推动了地球的自转，地表的环形电流远小于地幔和地心，所以，对地球的公转和自转影响不会太大（因为地表中的铁镍物质体积和密度远小于地幔和地心）地球初始的自转速度较慢。因为地球的自转，又增加了地幔和地心的环流（电流）强度，也就使地球的自转速度（提升）永远保持在当前的恒定速度。于此同时，也增加了地表铁镍物质的环形电流强度，这一强大的环形电流，促使地表环形铁镍金属物质产生强大的感应磁场，也就形成了地球的内部磁场，地球的内磁场远大于太阳的磁感应强度从而形成了独立的地球磁场。所以，地球的磁场由此而产生（地球只有永远的保持公转和自转运动，才会有地磁的产生）。

第一种看法认为地球内部有一个巨大的磁铁矿，由于它的存在，使地球成为一个大磁体。这种想象很快被否定了。因为即使地球核心确实充满着铁、镍等物质，但是这些铁磁物质在温度升高到760℃以后，就会丧失磁性。尤其是地心的温度高达摄氏五六千度，熔融的铁、镍物质早就失去了磁性。因而不可能构成地球大磁体。

第二种看法是认为由于地球的环形电流产生地球的磁场。因为地心温度很高，铁镍等物质呈现熔融状态，随着地球的自转，带动着这些铁镍物质也一起旋转起来，使物质内部的电子或带电微粒形成了定向运动。这样形成的环形电流，必定像通电的螺旋管一样，产生地磁场。但是这种理论如何去解释地球磁场在历史上的几次倒转呢？

第三种看法认为是地球内部导电流体与地球内部磁场相互作用的结果，也就是说，地球内部本来就有一个磁场，由于地球自转，带动金属物质旋转，于是产生感应电流。这种感应电流又产生了地球的外磁场。因此这种说法又称做“地球发电机理论”。这种理论的前提是有一个地球内部磁场，那么，这个地球内部磁场又是来源于什么地方呢？它的变化规律又是怎样的呢？这又无法解答了。

此外还有旋转电荷假说、漂移电流假说、热电效应假说、霍耳效应假说和重物旋转磁矩假说等等，这些假说更是不能自圆其说。因此，地磁的起源至今仍然是一个谜。

地球磁场会形成的原因在理论上和定性上已经透过地磁学的电机原理(dynamo theory)得到了解释。在地球炙热外核(outer core)液态的铁、镍及其氧化物不断的流动，且以约每秒0.5毫米的速度向外部较低的边缘部份流动，如同在一条电缆线内部一样，在地心熔岩金属层中，也会被原有的地球磁场感应出一股电流，这种感应电流又制造出一个新的磁场。根据这种”自激磁学说”(Self-exciting dynamo)所产生的循环，同样进行在每座发电机中。也经由电脑模拟测试，予这种原理有力的论证。

地球磁场形成的另一种理论，是美国乔治亚大学的化学教授查理．麦尔敦和地质学教授吉亚迪尼。他们推测：月球万有引力对地球中心固态的部份有一种持续的牵引作用，因此被熔融液态金属围绕的地核会由于其位移而产生持续的磨擦，在赤道上造成一千万千瓦的热效应和一兆安培的电流。因此流动于其间的电流产生磁场，同时也是造成高温地热的放射性蜕变的原因。并以太阳系中其他行星所作的观察来支持他们的理论；如水星没有卫星就没有显著的磁场被发现。

地磁偏角是指地球上任一处的磁北方向和正北方向之间的夹角。当地磁北向实际偏东时，地磁偏角为正，反之为负。

地磁偏角在历史上最早由我国宋代科学家沈括，于11世纪末著的《梦溪笔谈》中，在记述用天然磁石摩擦钢针可以指南的时候指出：“然常微偏东，不全南也。”这是世界上关于地磁偏角的最早发现。欧洲人对磁偏角的发现，是在哥伦布海上探险途中的1492年，比沈括晚四百多年。

在地球上不同的地方，地磁偏角一般也不相同。在同一个地方，地磁偏角随着时间的推移也在不断变化。发生磁暴时和在磁力异常地区，如磁铁矿和高压线附近，地磁偏角将会产生急剧变化。

在磁场的作用下，刺激分泌物的合成与释放增加，一些研究表明，低磁场往往使动物的活性增加，兴奋性增高；而较强的磁场常常使生物体的活动减少，兴奋性降低，呈现抑制反应。此外，磁场对植物神经亦有作用，对于心跳、血压、呼吸有一定的影响。

Grandolfo等在研究后提出磁场可以影响细胞静态及动态膜特性；另一方面，低频磁场在影响细胞膜基本结构的同时，还能通过增加脂质的扩散率，进而影响细胞膜的通透性。

磁场作用能够促进成骨细胞的增殖，一定强度的静磁场作用能使成骨细胞中的钙离子浓度增加，而且一定强度的静磁场作用能够促进成骨细胞的增殖和分化，其可能的原因是在静磁场作用下，细胞膜钙离子通道开启，胞外大量钙离子进入胞内或可能是胞内“钙库”大量释放的结果。