地球的南北極磁場是怎樣形成的?
地球的南北極磁場是怎樣形成的?
平常我們外出旅游或野外作業(yè),用指南針辨別方向,是因為地球存在南北極磁場,但是地球的磁場是怎樣形成的呢?
平常我們外出旅游或野外作業(yè),用指南針辨別方向,是因為地球存在南北極磁場,但是地球的磁場是怎樣形成的呢?
物理人氣:416 ℃時間:2019-10-11 21:25:20
優(yōu)質(zhì)解答
從我國古人發(fā)明指南針以來,人們就已經(jīng)知道地球存在著南北極對稱的磁場,幾千年來,人們對這個磁場的存在習以為常,很少有人對此現(xiàn)象的本質(zhì)做過深入的研究.大約在本世紀50年代末,人們發(fā)現(xiàn)地球的磁場讓太陽風"壓"在一個水滴形的區(qū)域中,稱之為磁層.地球的巨大磁場從此開始引起許多人的注意.傳統(tǒng)的觀點認為,地磁場是由地球內(nèi)部的鐵質(zhì)物質(zhì)形成的.有的科學家甚至十分肯定地說,地球有一個鐵質(zhì)的地核,有許多科普文章也是如此解釋的,這真是無稽之談.為了說明這一點,我們不妨回顧一下居里夫婦的研究成果.我們現(xiàn)在所見到的鐵磁質(zhì)是鐵的化合物或鐵與其它物質(zhì)的混合物,它們的特性雖然與地磁場極其相似,但絕對不是地磁場成因.因為居里夫婦的實驗證明,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.法國科學家安培在一百多年前就已揭示了"磁現(xiàn)象的電本質(zhì)",事實上人們早就應該明白地磁場的產(chǎn)生必然是與電現(xiàn)象有本質(zhì)聯(lián)系的.按照物理學研究的結(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,可以總結(jié)出這樣一句話: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.然而,這會不會使人們陷入"先有雞還是先有蛋"的困惑之中呢 也就是說,磁場,電流和旋轉(zhuǎn),這三個基本條件,哪一個是先產(chǎn)生的呢這里沒有牛頓說的"上帝的第一次推動",那么,是什么原因?qū)е铝丝档滤f的"第一次起動"呢這第一次起動,可以理解為第一次激發(fā)(激磁),這種激發(fā)來源于三個渠道:一是另一個星體磁場的影響;二是另一顆星體電場的影響;三是撞擊造成的旋轉(zhuǎn).只要有這三個條件中的任何一個,軸對稱的磁場和穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)就被啟動了.在這三個條件中,第一條是主要的.從多年的實踐來看,地球磁場受到太陽磁場的影響是很大的,地球的磁極與南北極不重合現(xiàn)象,就是太陽磁場對地球的第一次激發(fā)造成的,因為地軸與赤道面存在著一定的傾斜角度.天文學發(fā)現(xiàn)天王星的磁場不是兩極對稱的,而是彎曲的,如果這是真實的,也可以說明它受到了另一個磁場"太陽磁場"的影響.其原因與它的運行姿態(tài)密切相關(guān),它是"躺"在公轉(zhuǎn)軌道上運行的,太陽磁場的影響使它的磁場發(fā)生了彎曲.地核中大量電子的逃逸必然使地內(nèi)存在定向的電流,這可以用左手定則來斷定:讓地磁N極(地理南極)的磁力線穿過手心,拇指指向地球旋轉(zhuǎn)的方向(由西向東),其余四指所指的方向就是電流的方向.由此可以看出,這個電流的方向是從地表指向地心的,由于電流的方向是電子運動的反方向,所以,可證明現(xiàn)階段正有電子從地球深處向外逃逸.地球內(nèi)部磁場根據(jù)右手定則來判斷是個兩端開口的橢圓蛋殼形狀.但是,地球內(nèi)外擠壓的過程不是永恒的,擠壓的結(jié)果是達到原子核間斥力和正負電場引力的平衡.當擠壓過程結(jié)束時,電流消失,自轉(zhuǎn)驅(qū)動力會消失,地磁場也將消失,太陽發(fā)射出來的各種射線會直達地表,密集的正電粒子對電子的中和作用將進一步增強,使地幔層的電子減少,負電場減弱.這必然使地心的壓力減小,引力將會變小,地球的"腰圍"也必然會變粗.當?shù)睾说某饬φ加薪^對優(yōu)勢時,地球?qū)M入膨脹期,地幔層的電子會回流向地心,如果此時地球仍存在一定的自轉(zhuǎn)慣性,那么,地磁場的方向會發(fā)生變換;如果此時的地球已完全停止自轉(zhuǎn),那么,還有可能是磁場的方向不變而改變的是自轉(zhuǎn)的方向.因此,有兩種結(jié)果產(chǎn)生:要么地磁反轉(zhuǎn),要么自轉(zhuǎn)反向."地磁反轉(zhuǎn)"學說對此提供了可*的依據(jù)——近年來,許多地質(zhì)學家一致認為在過去的7600萬年中地磁至少反轉(zhuǎn)過171次.因為許多國家已經(jīng)從地質(zhì)勘測中查到了地磁反轉(zhuǎn)的證據(jù).法國和美國的科學家通過10Be分析法證實地磁場發(fā)生過逆轉(zhuǎn).地球上的Be(鈹)元素都是以穩(wěn)定的9Be存在的,如果有10Be存在則與地磁場消失有關(guān),地磁消失時,磁層和電離層消失,宇宙射線中的高能粒子會直達地表,在它們的轟擊下,氮氧等元素會發(fā)生裂變反應,產(chǎn)生7Be和10Be.7Be的半衰期很短,將很快消失,而10Be的半衰期卻很長,找到10Be就等于找到了磁極反轉(zhuǎn)的證據(jù).七十年代,科學家在大西洋海底4731米深處發(fā)現(xiàn)了較高濃度的10Be,相應的地質(zhì)年代為70萬年,從而證實,在70萬年前有過一次地磁反轉(zhuǎn).——地磁反轉(zhuǎn),正是地電流的反向流動造成的.烏克蘭專家們也探測到,地球磁通量數(shù)值在最近200年里大大減小,按現(xiàn)有的速度遞減,再過1000年地球的磁通量將降至零值.英國地質(zhì)觀察中心阿蘭·湯普森教授指出,地球磁場在歷史上不止一次曾消失過,地球磁極的變換是這種現(xiàn)象的結(jié)果.有的科學家推斷,地磁場發(fā)生逆轉(zhuǎn)前,磁力急劇減弱,直至消失,其后約需1萬年時間磁力強度才逐漸回復,但磁極方向卻完全相反了.這真是一項重大發(fā)現(xiàn).可以肯定,地磁變換的周期將越來越長,直到最終停止,成為一顆死行星.如果仔細分析地磁產(chǎn)生的原因,人們就會明白,磁極變換和電子運動方向的改變是密不可分的兩個現(xiàn)象,而這個過程是個耗能的過程,周期逐漸變長顯然是不奇怪的,總有一天這個過程會完全終止,而使地球成為一顆沒有電磁活動的死行星.對于人類和所有生物來說,地磁變換是災難性的.地磁消失后,太陽的各種射線都會直達地表,強烈的輻射會使動植物發(fā)生變異生長.當?shù)卮抛儞Q后,地內(nèi)電子回流的速度遠遠超過擠壓時的逃逸速度,而且電流強度也比逃逸電流的強度大得多,這使地磁場的磁通量增加至現(xiàn)階段的幾倍甚至幾十倍,較強的電流和磁場會給地球自轉(zhuǎn)以強大的動力(安培力),地球?qū)⒁詷O快的速度自轉(zhuǎn),地殼會被離心力扯裂,體積將增加至現(xiàn)階段的數(shù)倍甚至數(shù)十倍.由于負電場力的減弱,地球在太陽磁場中受到的洛侖茲力將會減弱,磁極反轉(zhuǎn)使地球磁場與太陽磁場相排斥,公轉(zhuǎn)軌道將向日外偏離,它將加入"外行星"的行列,這種現(xiàn)象將維持到下一次磁極變換.因此,地球磁極的變換是人類面臨的最大的威脅.
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