地球磁極

地球磁極

地球表面上地磁場方向與地面垂直、磁場強度最大的地方,稱為地磁極。地磁極有兩個(磁北極和磁南極),其位置與地理兩極接近,但不重合。現代地球的磁極其地理坐標分別是:北緯76°1′,西經100°和南緯65°8′,東經139°。

  • 中文名稱
    地球磁極
  • 外文名稱
    Earth's magnetic poles
  • 套用學科
    物理
  • 適用領域範圍
    地理
  • 表達式
    表面上地磁場方向與地面垂直磁場強度最大

簡介

在最近幾百萬年的時間裏,地球的磁極已經發生過多次顛倒:從69萬年前至今,地球的方向一直保持著相同的方向,為正向期;從235萬年前至69萬年前,地球磁場的方向與現在相反,為反向期;從332萬年前到235萬年前,地球磁場為正向期;從450萬年前至332萬年前,地球磁場為反向期。

磁極

把地球當成一個大的磁鐵,那麽磁極就是指磁鐵兩端的那兩個點,也就是磁場線密度最大的那個點。地球本身就像一塊巨大的磁石,這塊磁石有兩個極,磁針向南指的位置為南磁極,向北指的位置為北磁極。但實際上地球的磁場方向並不是指向正南北的。地球的磁場並非亙古不變,它的南北磁極曾經對換過位置,即地磁的北極變化成地磁的南極,而地磁的南極變成了地磁的北極,這就是所謂的"磁極倒轉"。 在地球45億年的生命史中,地磁的方向已經在南北方向上反復反轉了好幾百次。僅在近450萬年裏,就可以分出四個磁場極性不同的時期。有兩次和現在基本一樣的"正向期",有兩次和現在正好相反的"反向期"。而且,在每一個磁性時期裏,有時還會發生短暫的磁極倒轉現象。

地球磁極地球磁極

磁極互換之謎

出現現象

人們都知道,地球是個大磁場,然而地球的磁極卻非亙古不變的,自地球誕生以來,它的南北磁極曾經發生過幾次轉變,科學家們把這種現象稱為"磁極倒轉"。

倘若有人告訴你,在地球的某些角落,古老的岩層保持著與現代磁場相反的極性,使指南針到那裏會發生紊亂現象,你一定會感到聞所未聞。

1906年,在對法國司巴夫中央山脈地區的熔岩進行考察時,法國科學家布容意外地發現,那裏的岩石具有與現代磁場方向相反的磁性。隨後,其他科學家也相繼發現了許多這樣的事實。于是,人們終于相信:地球磁場不是永恆不變的,整個地磁場曾經發生過顛倒,南磁極北磁極曾經對換過位置。科學家們把這種現象稱為"磁極倒轉"。

地球磁極

通過深入研究,科學家們還發現:磁極倒轉現象曾經多次發生,僅在近450萬年裏,就可以分出四個極性不同的時期。更詳細的研究則證明,縱然在同一個時期裏,地磁場方向也並非一成不變,而是發生過一些歷時較短的極性變化。

在不斷地探索中,科學家們又驚異地發現,地球磁場的這種極性變化,同樣存在于更古老的年代裏。從大約6億年前的前寒武紀末期,到約5.4億年前的中寒武世,是反向磁性為主的時期;從中寒武世到約3.8億年前的中泥盆世,是正向磁性為主的時期;中泥盆世到約0.7億年前的白堊紀末,還是以正向極性為主;白堊紀末至今,則是以反向極性為主。

原因

1967年,科學家斯蒂納提出,地磁場極性的變化,與地球追隨太陽作環繞銀河系中心的運動有關。他指出,銀河系中心也存在著一個磁場,它集中在銀道面上,並在銀道面上下呈相反的方向。當太陽在環繞銀河系中心運行時,會在銀道面上下作波狀起伏運動。如此不斷往復,在太陽繞銀河系中心運行一周的2.74億年中,大約要上下往復三次多。平均往復一次的時間為0.77億年。

人們在對450萬年前的資料進行分析時發現,地磁場極性變化中,恰有一個時間尺度約為0.8億年的周期。這或許並非偶然。但是,斯蒂納的觀點卻無法解釋那些周期較0.8億年短得多的極性變化,因而一時不能使人信服。

到1979年,針對恐龍滅絕原因的種種猜測,有位科學家一鳴驚人地提出:恐龍滅絕是小行星墜落的結果。這種新觀點立即得到許多科學家的支持。使得一些古地磁研究者確信:與生物滅絕同步的地磁倒轉可能與巨大隕石的墜落有關。從已經鑒定的一百多個隕石坑,科學家們得出這樣一個結論:在地球的存在史上確實有直徑比1公裏大得多的天體墜落過。巨大的撞擊穿過地殼,深入地幔,從而使地幔對流和外地核物質的流動方向發生根本改變,引起地磁極倒轉。遺憾的是,還沒有證據表明,在已發現的一百多個隕石坑的形成期.都有地磁極倒轉同步發生。

地球磁極地球磁極

1989年,在美國巴爾的摩舉行的全球氣候變化和環境污染國際研討會上,美國科學家繆拉發表了氣候變化導致地磁極倒轉的見解,卻未能獲得大多數研究者的贊同。人們無法否認,地磁極倒轉與古氣候變化之間有某種程度的聯系。但是,在距今三四百萬年前,正是地球氣候比較溫暖、比較穩定的時期,地磁極性為什麽卻也多次發生變化呢?

科學家們莫衷一是,于是有人提出地磁倒轉是地球本身變化的結果。同樣缺乏必需的證據。

歷史沿述

雖然人類已經進入21世紀,科學改變了人們的生活,但科學卻還沒有征服自然,更多的時候它隻是在記錄那些不可思議的事情是如何發生的。例如,未知的地下低頻輻射。 科學家發現來自地下的低頻輻射與一些神秘的事故存在密切關系。尚不清楚產生這種輻射的確切原因,但科學家估計可能是地殼運動的結果。當地殼劇烈運動時,電磁粒子就會從地下逃逸出來。檢測顯示,當這種輻射爆發時,交通事故和求醫看病的人會明顯增多。 科學家還觀察到地球磁場出現了空洞,由此推斷地球磁極可能在不久的將來改變方位。事實上,現在北磁極就在向西伯利亞方向移動,南磁極則移向澳大利亞海岸。科學家推斷磁極1.5萬年才會移位一次,每次都造成大批動物死亡,恐龍、猛獁象很可能就因此滅亡,大西洋一些神秘沉沒的海島也可能與磁極易位有關。地球上還有不少黑暗地帶,在這些區域裏事故頻發,人體器官也會嚴重受損。科學家認為這也是輻射在"搞鬼"。在地質斷裂帶及不同層面的地下水流交匯地區,磁場會出現異常變化,這種變化甚至對大氣電流都有影響。研究顯示,隻有5%的人對地下輻射具有抗幹擾能力。 大多數人認為,指北針當然指向北方。數千年以來,水手依靠地球磁場來導航;而鳥類和其他對磁場敏感的動物已經套用這個方法有更長一段時間了。說來奇怪,地球的磁極並不是一直都指向現在的方向。

地球磁極地球磁極

礦物可以記錄過去地球磁場的方向,人們利用這一點,發現在地球45億年的生命史中,地磁的方向已經在南北方向上反復反轉了好幾百次。不過,在最近的78萬年內都沒有發生過反轉---這比地磁反轉的平均間隔時間25萬年要長了許多。更有甚者,地球的主要地磁場自從1830年首次測量至今,已經減弱了近10%。這比在失去能量來源的情況下磁場自然消退的速度大約快了20倍!下一次地磁反轉即將來臨嗎,雖然各種解釋都有經過驗證的科學理論作為依據,但也有一些科學家對此提出了他們的疑問。希望在不久的將來,科學家能夠為我們解開謎團。

地球磁極地球磁極

磁極倒轉

自地球誕生以來,地磁南極和北極已經來回倒轉了很多次。其中,最近的一次大約發生在78萬年前。研究地磁場的地球物理學家早就預言,地磁南北極將會再次倒轉,而就最新的觀測資料來看,這個過程可能比預想的要來得更快。

地球磁極

地球磁極正在倒轉

歐洲空間局的衛星陣列"Swarm"的觀測顯示,地磁場強度在10年間減弱了5%,而之前的研究預計,磁場強度減弱5%需要約100年。也就是說,地磁場強度實際的衰減速率,比預計的要快10倍。地磁場減弱的趨勢,很可能暗示了磁極倒轉將再次發生。目前,地磁北極已經開始朝著西伯利亞的方向移動。

地球物理學家尚未完全理解地磁場倒轉的過程,但他們都認可偶極磁鐵的地磁場模型。地核的主要成分是鐵,它由固態核心和液態外核共同構成,其中液態外核可以有效傳導磁場。外核的液態鐵處于漂浮狀態,當它靠近核心時被加熱,從而浮到外層,浮到外層後,它又逐漸冷卻,重新沉下去。與此同時,地球的自轉會帶動液態鐵繞核運動,從而產生一個能穩定維持的磁場。

液態外核的流動總會不時受到局部的擾動,使得流動部分地反轉。這種擾動產生的機製尚不明確。它們似乎是自然混沌系統的必然結果。除了在自然界真實存在,上述現象在相關問題的電腦模擬中也經常出現。加裏·A·格拉茨梅爾(Gary A Glatzmaier)是加利福尼亞大學聖克魯茲分校的地球物理學家,他告訴我們:"就算完全理解了流動反轉的物理機製,我們也無法預測它發生的確切時間和位置,這一點和颶風十分相似。"一般來說,局部的流動反轉持續1 000年後會逐漸減弱,但有時反轉的趨勢也會逐漸佔據主導,使得整體的流動完全逆轉。磁極倒轉過程所持續的時間變化很大,快則1000年,慢則20000年,一般來說需要5000年。

格拉茨梅爾也註意到,地質史上出現過多次暫時性的磁場減弱。因此,"Swarm"衛星陣列觀測到的磁場減弱,很可能並不會造成最終的磁極倒轉。其次,雖然磁場水準處于一種下降的態勢,但其數值依然與近100萬年間的平均水準相當。按照目前的磁場衰減速率,至少還需要200年,磁極倒轉才會真正開始。

磁極倒轉對現代社會將產生何種影響還很難說,但它似乎不太可能成為滅頂之災。地磁場是禁止宇宙射線的基本屏障,但化石記錄並未在磁極倒轉的時期,顯現出大量生物滅絕的跡象。然而在過去,外界的磁場擾動曾燒壞變壓器並導致大面積停電。鑒于此,磁極倒轉可能會對電網和通訊系統造成幹擾。但格拉茨梅爾對此不以為意:"或許那時,我們都不用電纜輸送電力了。一千年後的科技,將足以應對磁場倒轉產生的影響。"

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