因為地球磁場的南北兩極并不在地理的兩極上
地磁場
為什么磁體能指南北呢?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(chǎn)、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(jù)地磁場在地面上分布的特征尋找礦藏.地磁場的變化能影響無線電波的傳播.當?shù)卮艌鍪艿教柡谧踊顒佣l(fā)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(fā)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(fā)生偏轉(zhuǎn)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(xiàn)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(guān)重要.
地磁場的發(fā)現(xiàn)
我國宋代科學(xué)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(shù)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(xiàn)象的人.提出較系統(tǒng)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(guān)磁體性質(zhì)的事實都記了下來,同時創(chuàng)造性地作了劃時代的實驗：把一塊天然磁石磨制成一個大磁球,用小鐵絲制的小磁針裝在樞軸上,放到該磁球附近,在這磁球面上發(fā)現(xiàn)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(jīng)線相像,也有一條赤道,小磁針在赤道上則平行于球面.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,磁子午線匯交于地球兩個相反的端點即磁極上.
地磁場的起源
地球存在磁場的原因還不為人所知,普遍認為是由地核內(nèi)液態(tài)鐵的流動引起的.最具代表性的假說是“發(fā)電機理論”.1945年,物理學(xué)家埃爾薩塞根據(jù)磁流體發(fā)電機的原理,認為當液態(tài)的外地核在最初的微弱磁場中運動,像磁流體發(fā)電機一樣產(chǎn)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(zhì)與磁場相互作用,使原來的弱磁場不斷加強.由于摩擦生熱的消耗,磁場增加到一定程度就穩(wěn)定下來,形成了現(xiàn)在的地磁場.
還有一種假說認為：鐵磁質(zhì)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(tài)下,鐵會達到并超過自身的熔點呈現(xiàn)液態(tài),決不會形成地球磁場.而應(yīng)用“磁現(xiàn)象的電本質(zhì)”來做解釋,認為按照物理學(xué)研究的結(jié)果,高溫、高壓中的物質(zhì),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(huán)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(zhuǎn)的電場,而地球自轉(zhuǎn)必然會造成地幔負電層旋轉(zhuǎn),即旋轉(zhuǎn)的負電場,磁場由此而生.
地磁場對生物活動的影響
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(jīng)過汪洋大海,但是還能測定精確的位置.科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),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.但對于遷徙中的海龜來說,僅有“方向感”是不夠的,它們可能還有一張“地圖”,用于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(xué)查珀爾希爾分校的肯洛曼研究小組發(fā)現(xiàn),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制一張地圖.
信鴿能在遙遠的地方飛回而不迷失方向,也是由于地磁的幫助
地磁場的強弱叫地磁感（應(yīng)）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(shù)據(jù)和它們的變化規(guī)律,它是航海、航空、軍事以及地質(zhì)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?shù)氐拇牌菙?shù)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(lián)系的磁暴現(xiàn)象,卻發(fā)生得十分突然.這是因為太陽黑子活動劇烈的時候,放出的能量相當于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發(fā)生急劇變化,引起“磁暴”.發(fā)生磁暴時,地球上會發(fā)生許多奇異的現(xiàn)象.在漆黑的北極上空會出現(xiàn)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(dǎo)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(xiàn)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(qū)的巖石和礦物具有磁性,地磁場在這些埋藏礦物的區(qū)域會發(fā)生劇變,利用這種地磁異?？商綔y礦藏,尋找鐵、鎳、鉻、金以及石油等地下資源.
在發(fā)生強烈地震之前,地磁的三要素也都會發(fā)生改變,造成地磁局部異常的“震磁效應(yīng)”.這是由于地殼中的巖石,有許多是具有磁性的,當這些巖石受力變形時,它們的磁性也要跟著變化,從而可以較正確地作出“震前預(yù)報”.
地磁場曾經(jīng)多次翻轉(zhuǎn)
科學(xué)家們通過對海底熔巖的研究發(fā)現(xiàn),地球的磁場曾經(jīng)發(fā)生過多次翻轉(zhuǎn).眾所周知,熾熱的巖漿中含有數(shù)以萬計的礦物質(zhì),就好像一個個“小指南針”.當巖漿冷卻下來后,這些“指南針”也被固定住不再發(fā)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(zhuǎn)一次,而最近一次的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在78萬年前.由于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(xué)家指出,存在于地核周圍的鐵流體（熔融體）好像一部“發(fā)動機”,不停地將巨大的機械能轉(zhuǎn)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(fā)生變化,這就引起了地球磁場的改變.地磁場的兩極倒轉(zhuǎn)是一個極其漫長的過程,大約需要5000到7000年才能完成.本來,這不是什么可怕的事,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后果.
地球磁極的變換和消失有什么影響
對于人類和所有生物來說,地磁變換是災(zāi)難性的.地磁消失后,太陽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(xué)家認為,地磁場改變導(dǎo)致染色體畸變,會使動植物發(fā)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?