漫谈地磁场问题

地球是一个巨大的磁体，地磁场与人类的生存、生活有着密切的联系，下面就有关地磁场的相关问题漫谈如下。

一、地磁场的三要素

1.磁偏角。

地球的磁极与地理的南北两极并不重和，而是存在着一个夹角，这个夹角就是磁偏角，所以小磁针静止的时候所指的方向并不是南北方向仅仅是近似的。

2.磁倾角。

磁感线在磁体的外部从北极指向南极，所以地磁场的磁感线一般不与地面平行，而与水平面交成一定的角度，这个角叫磁倾角。

3.磁感应强度。

磁偏角和磁倾角只能确定磁场的方向，而不能表明磁场的强弱，磁场的强弱用磁感应强度B表示。在地球两极附近，地磁场的磁感应强度约为5×10-5T。

二、地磁场的来源

关于地磁场的成因，迄今为止还没有定论。关于地磁场的来源主要有三种假说：

假说1：地核是有铁合金组成的，中心附近是固体，其他部分是呈熔融状态的液体，这种金属化的液体不停的运动，这些材料中存在大量的游离电荷，由于地球的不断自转以及金属化流体的不停运动而形成电流，从而产生地磁场。

假说2：地磁场源于外层空间大气中的大量带正电荷的气体，由于地球的自转，导致地球外层空间中带正电的气体和地球表面存在相对运动的情况，正是由于这种电荷的相对运动形成了地球磁场。根据上述说法，太阳系中存在气体的行星，都会存在磁场。

假说3：19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到：温度差会引起电流。安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出假设，地磁场是由绕地球的环形电流引起的，该假设中的电流的方向是由东向西垂直磁子午线。

三、地磁场对宇宙射线的作用

地磁场的强度并不大，在地面附近的磁感应强度大约只有5×10-5T，而一般的永久磁体附近的磁感应强度可达0.4-07T。地磁场对地球上的生命来说，又十分重要的意义。在射向地球的各种宇宙射线中，有许多是高能带电粒子，当这些带电粒子进入地磁场后，由于洛伦兹力的作用，将改变其运动方向，从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用。对地球形成一个“保护盾”，减少了来自太空的宇宙射线的侵袭，地球上生物才得以生存进化。如果没有了这个保护盾，外来的宇宙射线，会将最初出现在地球上的生命幼苗全部杀死，根本无法在地球上滋生，也就没有今天的生机勃勃的生命世界了。

四、地磁场的应用

1.地磁发电。

据报道，1992年7月，美国“阿特兰蒂斯号”航天飞机进行了一次卫星悬绳发电实验.航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处自东向西飞行，相对地面的速度大约6．51×103m／s.从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长20km，电阻为800Ω的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是均匀的，磁感应强度约为4×103T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计，通过电离层(由等离子体组成)的作用，悬绳上可产生大约3A的感应电流.然而该项实验由于缆绳断裂只取得部分成功。

2.地磁探矿。

据测算，地磁场的变化有一定的规律性.比如在我国境内，每向北走一公里，地磁感应强度的变化约为一亿分之几特.小范围内地磁感应强度和磁倾角几乎没有什么变化.但是，有时地磁场的变化非常明显，有的地方会出现磁针反常现象，磁针不再指向南北方向.在某些山区，磁针甚至变成直立状态。这种电磁场的剧变称作地磁异常.显然，出现地磁异常的区域，地下一定蕴藏着丰富的磁铁矿，我们可以根据地磁异常现象来探测磁铁矿区。

1954年，我国一支地质探矿队发现，在山东某个地区面积大约四平方公里的范围内，地磁感应强度异常极大值达到了3．5×10-6T.地质队员们推测，这里一定是一个储量较大的铁矿.经过钻探发掘，最终在地下450m深处发现了总厚度达62．54m的磁铁矿区。

随着人们对地磁场研究的深入，地磁探矿的应用越来越广。地质学家们已经能够广泛应用地磁探矿来寻找铁、钴、镍、金以及石油等地下资源了。

3.地磁预报。

地壳中的岩石，有许多是具有磁性的.地震发生时，这些岩石受力变形，它的磁性也随之变化.在强烈地震前夕，地磁感应强度、磁倾角等都会发生变化，造成局部地磁异常，这就是所谓的“震磁效应”。掌握了震磁效应的规律，利用测量仪器监测地磁变化，就可以根据震磁效应对地震做出较准确的预报。

4.解释自然现象。

我们知道，太阳活动如太阳黑子、耀斑等的出现具有一定周期性。长期的天文观测表明，太阳黑子总数变化的周期约11年。当太阳黑子活动剧烈的时候，太阳喷射出大量兆电子伏能量级的带电粒子(电子、质子、离子等).这些带电粒子在掠过地球时，有许多被地磁场“捕获”。带电粒子掠过地球时形成的磁场造成地磁场和地球电离层的剧烈变化，从而出现无线电短波衰减和通讯中断等异常现象，这就是所谓的地磁暴。

地磁暴发生时，在一些高纬度地区，尤其是极地上空会出现瑰丽壮观的极光.这是由于被地磁场“捕获”的大量带电粒子流在地磁场的偏转作用下，沿螺线路径朝地球的磁极运动。高速运动的高能电子或质子撞击地球大气中大量的氧、氮及其它惰性气体原子，并把能量传给气体原子的外层电子，这些电子紧接着又把获得的能量以光的形式释放出来，如氧发红光，氩发蓝光等.这就是产生极光的原因.另外，在船舶和飞机航行的时候，人类是靠磁罗盘测得的地磁方位角配合地磁场图来导航的.不只人类，许多动物的飞行和迁徙也是靠地磁场来“导航”的，如鸽子、海豚、海龟等。