地球磁極又稱“地磁極”.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(xiàn)代地球的磁極其地理坐標分別是：北緯76°1′,西經(jīng)100°和南緯65°8′,東經(jīng)139°.
在最近幾百萬年的時間里,地球的磁極已經(jīng)發(fā)生過多次顛倒：從69萬年前到目前為止,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(xiàn)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.
地球磁極是在不停的運動,下面這篇文章供你參考!
地球飛舞的盾牌
大概在2000多年前戰(zhàn)國時代,我們的祖先就發(fā)現(xiàn),天然的磁石能夠穩(wěn)定地指示地面的絕對方向,因此發(fā)明了司南,初步體驗到了大地冥冥之中存在一種神秘力量；隨后的1000年里,人們逐漸學會了在更多的領域利用這個現(xiàn)象,到了宋朝就已經(jīng)在航海時廣泛地運用靈巧的指南魚和指南針導航,為后來的鄭和與哥倫布實現(xiàn)遠洋航海提供了重要的技術保障.隨著環(huán)球航海的興盛與電磁學的建立,人們發(fā)現(xiàn)指南針的奧秘全在于地球本身是一個大磁鐵,正是由于這個大磁鐵的磁極方向恰好穩(wěn)定在接近地球自轉軸的方向上,所以它的磁場方向在地球表面的大部分地區(qū),都近似地表示了地面的南北方位.
如果說利用地磁導航對于人類來說還不是不可或缺的,因為我們還可以利用星辰和慣性等等其他方法來進行導航,那么在進入20世紀后,人們進一步發(fā)現(xiàn),地球磁場其實還為人類乃至地球上的一切生命提供了至關重要的保護作用,甚至可以說,如果地球沒有這個大磁鐵所產生的磁場,生命就幾乎沒有可能在地球出現(xiàn)與生存下去,因為地球磁場阻擋了絕大部分的來自太空的帶電“子彈雨”－宇宙射線.
地球的護生盾牌
最早讓人們發(fā)現(xiàn)地磁場的這種保護作用的是美麗的極光.人們通過仔細地觀測在高緯度地區(qū)天空常見的如九天瀑布一般的、如夢如幻的極光,發(fā)現(xiàn)她們是由漫天而來的宇宙高能帶電粒子雨撞擊大氣分子而產生的發(fā)光現(xiàn)象.這種宇宙射線主要來自太陽,也包含來自四面八方的宇宙射線,那么在正對著太陽的赤道天空應該能夠看到更多的極光現(xiàn)象,為什么我們只能在接近極地的高緯度地區(qū)看到呢?正是由于地磁場的作用,使得帶電粒子在進入地磁場后,都順著磁力線奔向南北兩個磁極,這才使得粒子雨只降落在高緯度地區(qū).
宇宙高能粒子在撞擊生命大分子后,具有強大的破壞作用,盡管經(jīng)過厚實的大氣層的攔阻,但高流量的太陽風宇宙射線還是有可能直接打擊到地面,那么在高緯度地區(qū)看極光豈不是非常危險?1958年2月,美國在其發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星"探險者1"號上面就裝備了專門測量宇宙射線強度的蓋格計數(shù)器,解答了這個疑問.科學家們發(fā)現(xiàn),衛(wèi)星的高度在600公里以下時,計數(shù)器的測量結果還是正常的,但當衛(wèi)星達到800公里以上的高度后,計數(shù)器馬上進入飽和狀態(tài),乃至無法正常工作.由于只有在所測得的宇宙線強度比預計的大1萬5千倍時,才能夠導致計數(shù)器飽和,因此這個結果意味著在地球約800公里以上的高空存在一個強烈的充滿了太陽風和宇宙射線的地帶.美國物理學家J·A·范艾倫認為這個把整個地球包圍著的高輻射地帶,是由于太陽風和宇宙射線粒子在抵近地球時,被地磁場俘獲而轉變運動方向,從而穩(wěn)定地被關閉在地球上空某一區(qū)域里形成的,因此大部分的帶電粒子實際上是被地磁場滯留在這個地帶,而并沒有撒向大地.后來大規(guī)模的衛(wèi)星探測證明了這個理論設想,還發(fā)現(xiàn)地球的輻射帶分為內輻射帶和外輻射帶,它們都對稱地分布在地磁場的兩側,而不是存在于高磁緯地區(qū)的上空.
更全面的衛(wèi)星觀測發(fā)現(xiàn),地球磁層始于距離地面大約600-1000公里處,在面向太陽的一側,磁層的磁力線也受到太陽風的影響而向地面壓縮,產生一個半球形的包層,稱為磁層頂區(qū)；在背向太陽的一側則向外延伸,一直到約10倍地球半徑的地方,稱為磁層尾區(qū).
所以我們還是得慶幸地球擁有一個強大的地磁場,能夠讓直沖地面而來的致命粒子雨偏轉為圍繞地球轉,再泄漏一點點飛向極地,讓我們能夠安全地欣賞到絢麗的極光.
不過,在人們慶幸的同時卻驚異地發(fā)現(xiàn),這個產生了巨大地磁場來周密地保護地球的地球磁鐵,實際上并不是穩(wěn)定的,而是一直在地球內部運動著,其相應磁場的大小和方向都一直在發(fā)生變化.在地球過去漫長的歷史當中,這種運動導致地球磁極不斷發(fā)生倒轉.這又令人產生一種隱憂,就是地球磁場的方向與強度的這種變化會不會影響我們的生存?畢竟它是地球上一切生命的保命盾牌啊!
斑斕的磁場
人們在世界各地記錄當?shù)氐牡卮艌龇较蚝蛷姸?大概已經(jīng)有了400年的歷史了；后來科學家們又發(fā)現(xiàn)在火山熔巖和大陸與海底的地質沉積物當中,能夠找到更加久遠的歷史上的地磁記錄.所有這些數(shù)據(jù)都告訴我們,地球磁場的空間分布非常復雜,反映了它的產生機制也非常復雜,決不是可以簡單地想象為由一根南北向的磁鐵棒所發(fā)出的；而地磁場的方向與強度在漫長的歷史當中隨著時間而發(fā)生的變遷,也是充滿了未解之謎.
從約400年前開始,在全球各大洋活躍的航海家們已經(jīng)學會隨時隨地地記錄地磁方向或強度；到了20世紀,科學家們更是針對性地在全球各個位置進行地磁實地測量,或者運用人造衛(wèi)星從太空進行大范圍觀測.把所有這些數(shù)據(jù)收集起來,就可以繪制一張全球地面磁場分布的400年演變歷史地圖.從這張地圖可以發(fā)現(xiàn),在這400年間,盡管主要的南北磁極的位置也有一定的變化,但更加引人注目的,是在地表還散布著一系列相對較弱的磁極,它們主要是異性相間地沿著赤道分布,而這些磁極以平均每年約17公里的速度沿著赤道向西移動.盡管這些較弱的磁極所產生的磁場強度只有南北磁極所產生的地磁場強度的約10％,但它們應該和南北磁場具有相同的起源,而且這些弱磁極的運動,也應該和南北磁極的運動一起,構成一個整體的地球內部磁場變化的不同方面.
現(xiàn)在一般認為,地磁場是由處于地幔之下、地核外層的高溫液態(tài)鐵鎳環(huán)流引起的.通過對天然或人為的地震波的測量,人們發(fā)現(xiàn)地核外層是溫度最高的、液態(tài)的鐵鎳合金,高溫下液態(tài)金屬產生對流與環(huán)流,形成類似金屬導線線圈的結構,從而產生電流與磁場.這樣地球主要的南北向磁場固然表明了存在一個主要的金屬環(huán)流,而地表其他位置出現(xiàn)的磁極,也表明還存在一些次要的能夠形成磁極的金屬流.因此科學家們推測,之所以沿著赤道出現(xiàn)弱磁極的西向移動,有兩種可能的機制：一種可能性是沿著赤道方向存在一種稱為赤道噴射的向西輸運地核流體的過程,其中所產生的金屬流導致了弱磁極的移動,而在旋轉對流系統(tǒng)的實驗室研究中,也發(fā)現(xiàn)了這種沿著赤道的西向輸運過程；另一種可能性則是一種被稱為MAC波的機制,綜合了對流、磁場的不穩(wěn)定性以及地球自轉這三種作用,然后這種MAC波的傳播導致了弱磁極的移動.
目前還難以判斷到底哪種機制更加真實,對于這種弱磁極的移動是不是在整個地球歷史中長期持續(xù)、以及是不是和南北主磁極以約45萬年為周期進行倒轉存在關聯(lián),也還存在很大的爭議,因為人類對于地球內部的了解還不如對月球表面的了解多,這就使得我們不得不更加全面地去監(jiān)測地球表面斑斕的磁場變化,以及尋求更多地獲取來自地球深處的信息.
流浪的磁極與逍遙的地球
在弱磁極漂移的同時,主要的南北磁極同樣在流浪.由于火山熔巖和沉積物的成巖年代能夠通過地質學方法確定下來,這樣其成巖時期所受到的磁場作用痕跡就被固化下來,然后通過對殘留在火山熔巖和沉積層當中的磁場作用遺跡進行測量,就可以確定當?shù)卦谀硞€歷史時期的地磁狀況.通過這種地質地磁學研究,科學家們已經(jīng)對于迄今3000年和迄今5百萬年這兩個時間段的地磁變化有了比較詳細的了解.
不過相比于在近幾百年之內才開始的直接地磁測量,運用地質方法間接測量幾百萬年時間范圍內的地磁具有一定的局限性.對于火成巖可以測量絕對的地磁場強度,但火成巖在地球分布范圍有限,時間分布范圍也有限；對于分布更加廣泛的沉積物則只能測量相對地磁強度,而且缺乏同一個地點的長期沉積物地磁記錄.一直到10年前,一組科學家首次報道了覆蓋時間范圍到4百萬年前的沉積物地磁記錄,發(fā)現(xiàn)在這4百萬年間,地磁極發(fā)生了多次倒轉,并且肯定了在20世紀60年代就已經(jīng)得到的一個結論,即在磁極倒轉過程中,磁場強度會減弱.而最近,在海底鉆探項目（ODP）當中,通過對甚高沉降率核的分析,獲得了非常清晰的迄今80萬年的地磁強度記錄,再次確鑿表明了在地磁極倒轉過程中,地磁強度會減弱.
同時另外一組科學家也找到了比火成巖更好的能夠記錄絕對磁場強度的樣本,即一種海底玄武巖類玻璃（SBG）,從而得到了迄今5百萬年的絕對磁場強度記錄,大大增加了我們對于這段歷史的地磁演變史的知識.
這些證據(jù)提示了在地磁強度變化和地磁極位置變化之間應該具有一定的關系,而要想更加了解這種關系,就需要獲得更多的同時表明了磁極位置和磁場強度的記錄.最近一組科學家通過對ODP項目的樣品進行分析,發(fā)現(xiàn)在地磁強度和地球的空間運動狀態(tài),例如其圍繞太陽的軌道偏心率、軌道平面的傾斜度以及地球的進動,存在一種未必是巧合的周期性關聯(lián).盡管目前對于這個現(xiàn)象的解釋還存在很大的爭論,但不失為一個把磁極位置變化和磁場強度變化聯(lián)系起來的很好線索.
一般而言,目前我們對于地磁歷史的強度資料和方向資料還是沒法建立太多的關聯(lián),不過這并不妨礙我們對理解地磁場的復雜起源有了更多的信心.目前越來越多的科學家相信,地磁場的方向以及強度的變化,既源自地幔底層與地核外層的相互作用,也受到地球本身自轉以及軌道運動的影響,因此磁極滿地球的流浪,其實和地球本身在太空的遨游密切相關.然后地球磁極方向與磁場強度的變化,又直接導致地球外部磁場的變化.可以想像,從地球誕生和圍繞太陽旋轉以來,她一定是飛舞著地磁場這塊盾牌,且舞且行著的.不過這種舞蹈究竟對于我們在地球的生存會產生什么后果,則還有待科學家們進一步的研究.
參考資料：krsna.lamost.org