地球磁場成因新解

1、 地球磁場成因新解 臨沂大學沂水分校陳維會 地球磁場的起源現(xiàn)在仍然是個謎，地球磁場形成的機理有諸多解釋，但都不能很好的解釋地球磁場的一些現(xiàn)象。本人經(jīng)多年的數(shù)據(jù)檢測采集，研究考察及論證，提出新的地磁成因理論，它不僅有可檢測的大量的第三方數(shù)據(jù)佐證，還能解釋地球磁場的所有現(xiàn)象，是目前最接近事實的地磁成因理論。內(nèi)容摘要：由于太陽的溫度很高那里的物質(zhì)被電離，電離的太陽物質(zhì)在運動時受太陽磁場的作用，正電荷會上浮到太陽的最外層并被拋向太空，太陽會失去過多的正電荷而帶負電，地球俘獲了太陽拋出來的正電荷而帶正電。地球表面上的電荷分布是不均勻的，在太陽電場的作用下，地球表面的電荷繞地球運動形成了電流，地球磁場主要

2、是由這電流產(chǎn)生的。利用這一假設(shè)可以很好的解釋地球磁場許多現(xiàn)象，包括以往的假設(shè)無法解釋的現(xiàn)象，并且有大量的測量數(shù)據(jù)佐證。一、地球磁場的特性宇宙中的天體大多數(shù)都有一定強度的磁場。據(jù)科學家探測研究得知：我們居住的地球磁場強度約為（0.30.6）×104T；地球表面赤道上的磁場強度約為0.290.40高斯；地磁北極的磁場強度為0.61高斯；地磁南極的磁場強度為0.68高斯；南半球強北半球弱；南北磁極與地理的南北極不重合；地軸與地磁軸成11.50的交角；并且南北磁極的地理位置不斷在變化，如下表所示。磁北極(2001) 81.3°N,110.8°W(2004 估計) 82.3

3、°N,113.4°W(2005 估計） 82.7°N,114.4°W地理南極附近磁南極(1998) 64.6°S,138.5°E(2004 估計） 63.5°S,138.0°E地理北極附近地球磁場受太陽活動的影響較大，地磁場隨時間作周期性變化，其中以一晝夜為周期的變化稱為地磁場周日變化，簡稱日變（diurnal variation）。日變的幅度因時間、季節(jié)和緯度而異，不同緯度地區(qū)日變規(guī)律不同。地磁場的日變化在南北緯300附近最強。地磁場的日變化一般是白天比夜間強，早晚平穩(wěn)，中午明顯，幅度一般在十幾到幾十納特之間。下

4、圖是山東郯城地震臺測繪的地磁和地電場的日變化曲線圖圖一地球表面的磁場強度隨季節(jié)的變化是夏季增強冬季減弱；還隨氣候和空間環(huán)境在變化，干旱季節(jié)有所減弱，太陽的活動對地磁影響巨大；地球表面各處磁場強度相差很大，有些地域在不同的時期磁場強度變化很大。就地球的整個磁場來說是不穩(wěn)定的，在歷史上地球的基底磁場強度變化很大，有時強有時弱，甚至消失或者顛倒。據(jù)可靠的地質(zhì)資料顯示，地球磁場的南北極可能出現(xiàn)過數(shù)次顛倒。 一、 地球磁場起源的探索對地球磁場起源的探索，早在公元1600年前后就已經(jīng)開始了，自英國的吉伯（W.Gilbert）提出“地球是一個巨大的磁石”開始，有關(guān)地磁場起源的推測已有近400年的歷史，先后提

5、出了10多種學說，但至今仍未獲得圓滿解決。 其主要假說有永磁體說、電荷旋轉(zhuǎn)學說、電流說、壓電效應(yīng)說、發(fā)電機理論等。這些假說有的被現(xiàn)代實驗和研究所否定，有的不能圓滿解釋地球磁場的一些現(xiàn)象。永磁假說認為：地球的內(nèi)核是由鎳鐵組成的，它像一個巨大的磁棒，地球的磁場就是這永磁體產(chǎn)生的。這一假說很快被居里發(fā)現(xiàn)的居里點所否定。永磁體只所以具有磁性是因為磁性物質(zhì)內(nèi)微小區(qū)域的分子電流趨向一致形成磁疇，若大量的磁疇方向相同，對外就顯示出磁性。當溫度升高時由于分子的熱運動，磁疇被破壞，磁性也就消失了。永磁體消失磁性的溫度叫居里點，鐵的居里點是770，地核的溫度高達2700，地核中的鐵鎳早就失去了磁性，所以永磁說被否

6、定。電荷旋轉(zhuǎn)學說認為；地球表面和內(nèi)部分別分布著符號相反、數(shù)量相等的電荷，由地球自轉(zhuǎn)而形成閉合電流，由此電流產(chǎn)生磁場，但這學說缺乏理論和實驗基礎(chǔ)?，F(xiàn)在大多數(shù)學者傾向于發(fā)電機理論。 1919年拉莫爾（J.Larmor）首先提出了旋轉(zhuǎn)的導電流體維持自激發(fā)電機的可能性，這是關(guān)于地磁場起源的自激發(fā)電機說的最早概念。發(fā)電機理論有兩種模型，一種假設(shè)認為：地核中的物質(zhì)在高溫下處于熔融和電離狀態(tài)，由于內(nèi)核的溫度高于外核的溫度會發(fā)生對流，又因這里的物質(zhì)處于電離狀態(tài)，這種導電的流體在原來微弱的地磁場作用下形成了一臺自激發(fā)電機，于是形成了電流，是這電流形成了地球的磁場。近代探測表明：外核上層的溫度約2600k，內(nèi)核上

7、層的溫度約3000k,外核的厚度約2300km，外核的溫度梯度為0.174km，在極高壓強的地核中，液態(tài)的金屬粘稠度會變高，粘稠的金屬熔液在這樣小的溫度梯度中是難以形成對流的；又因地核不可能是由單純的鐵鎳組成，必定會有比鐵重或輕的物質(zhì)，重物質(zhì)下沉，輕物質(zhì)上浮,上輕下重怎么會發(fā)生對流！雖然靠近內(nèi)核的區(qū)域溫度高，但在那高溫高壓條件下熔融的金屬液體，是否有地面上那樣的熱脹冷縮規(guī)律，目前還不得而知。再者地核是金屬組成的，其熱傳導能力很強，光靠熱傳導就能把內(nèi)部的熱量傳到上方，無需對流傳導。即使形成對流其流速也會非常緩慢，由此產(chǎn)生的霍耳電勢差也及其微小，而地球內(nèi)核不可能是超導體，有一定的電阻，電流也就非常

8、微弱，因而形成的磁場也非常微弱；即便是發(fā)生對流，液態(tài)金屬的流動是兩個方向相反的渦流，產(chǎn)生的磁場會互相抵消，對外不顯磁性；另外這種假設(shè)也不能解釋地球磁場隨晝夜，季節(jié)，氣候及太陽活動的變化現(xiàn)象。更重要的是：這種假設(shè)的能量來源無法解釋，只是一種推測，所以這種假設(shè)受到質(zhì)疑。另一種發(fā)電機理論的模型是：地核的外核是熔化的金屬液體，內(nèi)核是由鐵鎳組成的金屬固體，內(nèi)核的轉(zhuǎn)動與外核的轉(zhuǎn)動不同步,在原來磁場的作用下，具有很強導電能力的內(nèi)核也成為一臺自激發(fā)電機,由此而產(chǎn)生的電流的流動便形成了地球的磁場。如果真的存在不同步現(xiàn)象，有科學家估計內(nèi)外核每年約只有0.30.5度的差異，那么最大相對線速度不足3.32×

9、104MS，內(nèi)核中的電荷依這樣的速度在0.5×104T磁場中運動所產(chǎn)生的霍耳電勢差約幾十毫伏，內(nèi)核的電阻率在1015數(shù)量級時形成的電流才能產(chǎn)生地球南北兩級的磁場強度?？设F鎳在常溫常壓下的電阻率是108數(shù)量級，（高溫時的電阻率還會增加）相差如此之大，能產(chǎn)生足夠的電流形成地磁場嗎？但現(xiàn)在地球內(nèi)核的轉(zhuǎn)動與地球的轉(zhuǎn)動是否不同步還沒有可靠的科學依據(jù)?，F(xiàn)在雖然有科學家依此理論建立了計算機三維立體物理模型模擬地球內(nèi)部的實際情況。由模擬顯示的地磁場強度接近于實際情況，這只是模擬了地磁強度的大小，但由于地球內(nèi)核的質(zhì)量巨大它的轉(zhuǎn)動是非常穩(wěn)定的，所以這種理論無法解釋地球磁場的其他變化情況。有假設(shè)認為：地球

10、的外核帶有大量電荷，這些電荷隨地球外核一起轉(zhuǎn)動便形成了電流，于是產(chǎn)生了地磁場。地球外核中的電荷雖然隨地球一起轉(zhuǎn)動，可相對我們地面上的人來說是不動的，那么我們在地面就不會探測到地磁，但我們探測到了。 又因為無論是地球的外核或內(nèi)核都具有相當大的質(zhì)量，它們的轉(zhuǎn)動角速度是不易改變的，由此而產(chǎn)生的電流也是恒定的，這種假設(shè)形成的磁場兩極應(yīng)當與地理兩極重合，事實不重合。說明這種假設(shè)不成立。地球的磁場會隨晝夜、季節(jié)、天氣、太陽活動等因素而變化。這種假設(shè)也很難解釋地球磁場的變化。幾百年來人們的目光一直盯在地球深處，靠一些未被證實的假設(shè)來證明另一個假設(shè)，靠模型的模擬來證明假設(shè)。無真憑實據(jù)的材料來證明這些假設(shè)，難免

11、讓人產(chǎn)生懷疑。那么，地球的磁場到底是如何產(chǎn)生的呢？二、 地球磁場的產(chǎn)生磁場的產(chǎn)生有三種機理，一種是永磁體，靠磁性物質(zhì)內(nèi)微小區(qū)域的分子電流產(chǎn)生較小的磁性體-磁疇，大量的磁疇有序排列，對外就顯示出磁場。第二種是運動的電荷產(chǎn)生磁場，這里包括電流產(chǎn)生的磁場。還有就是變化的電場產(chǎn)生磁場。地球磁場的產(chǎn)生也不外乎這三種形式。既然地球內(nèi)部沒有永磁體；當然地球磁場不可能是交變電場產(chǎn)生的，因交變電場產(chǎn)生的磁場也是交變的，可地球的磁場相對來說是穩(wěn)定的。那么地球磁場產(chǎn)生的原因只有一種，那就是運動電荷產(chǎn)生的！那么這些電荷在哪里，怎么獲得的這些電荷又是怎樣運動的，驅(qū)使這些電荷運動的能量來自那里呢，這些運動電荷產(chǎn)生的磁場是

12、否能解釋地磁的所有現(xiàn)象，或者有普遍規(guī)律，能解釋其他天體的磁現(xiàn)象？下面就用已知的事實回答和證明這些問題。地球磁場是一個復雜的系統(tǒng)，在地面和太空測得的數(shù)值不同性質(zhì)也不同，與周邊天體有著密不可分的聯(lián)系，特別是太陽對地球的磁場影響巨大。目光只盯在地球上是無法給出地球磁場的來龍去脈的。由于地球的磁場會隨晝夜、季節(jié)、天氣、太陽活動等因素而變化，這說明地球磁場不可能是由地球內(nèi)部的運動電荷產(chǎn)生的，因為由于地殼的屏蔽作用地球外部的變化不會影響到地球內(nèi)部的電荷運動，所以地球的磁場主要是由地球表面的運動電荷，及近地空間運動電荷產(chǎn)生的。1、地球表面電荷的來源從地球表面到地球中心的溫度逐漸增高，由塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)

13、的塞貝克效應(yīng)得知，地球內(nèi)部和地球表面會產(chǎn)生不同的電荷，地球表面可能由此帶有一定量的電荷。因此在公元1900年有人提出電荷旋轉(zhuǎn)學說：認為地球表面和內(nèi)部分別分布著符號相反、數(shù)量相等的電荷，地球的表面帶有負電荷，地球表面的負電荷會隨地球自西向東的自轉(zhuǎn)而形成電流，由此電流產(chǎn)生了地球的磁場。但是此種電荷隨地球一起同步運動，在地面上的觀察者根本探測不到電荷的運動，這種相對于地面是靜止的電荷不會產(chǎn)生磁場，因而地面上的人們就不會檢測到地球的磁場。再就是這種假設(shè)形成的磁場兩極應(yīng)當與地理兩極重合，事實不重合。所以這種假設(shè)沒有引起人們的注意。 實際上地球表面電荷來自太陽如果我們把視線擴大到宇宙中去，會發(fā)現(xiàn)宇宙中充滿

14、了電荷。我們知道太陽是一個巨大而熾熱的氣體球，太陽中的物質(zhì)在高溫下被電離，是電的良導體。（下圖是太陽結(jié)構(gòu)示意圖）圖二太陽內(nèi)部的物質(zhì)活動劇烈，太陽表面物質(zhì)的運動方向非?；靵y，不同區(qū)域的物質(zhì)運動方向不同，同一區(qū)域物質(zhì)的運動方向在不同的時間也不會相同。但從太陽整體來看，在某一時期太陽表面物質(zhì)的運動方向趨于一致。由于太陽有較強水平分量的磁場，平行于太陽表面且垂直于太陽水平磁場運動的電離物質(zhì)會產(chǎn)生霍耳效應(yīng)，其中的正電荷和負電荷會受到太陽磁場的作用力，且力的方向是平行于太陽半徑的，正負電荷受到的作用力方向相反，若某種電荷（如正電荷）受到的電磁力，方向是沿太陽半徑向外的，那么正電荷會上浮，并到達太陽的色球?qū)?/p>

15、和日冕層，使這里正電荷的數(shù)量大于負電荷的數(shù)量。太陽每時每刻都會向太空拋射大量的物質(zhì)，太陽外層的正電荷也會大量的被拋出，（太陽風便是從太陽拋出的帶正電的氫原子核和帶負電的電子，）從太陽拋向太空的正電荷數(shù)量會大于負電荷的數(shù)量，久而久之太陽就會失去正負電荷的平衡而帶負電。（下圖是美國航天局公布的太陽磁場圖片）圖三（下圖是美國航天局公布的太陽拋射電荷流的圖片）圖四在太陽身邊的地球會俘獲大量的正電荷，由于地球磁場的作用，由太陽飛來的帶電粒子不能直接長驅(qū)直入的到達地面，被地球磁場攔截，形成范艾倫帶，沿地磁線螺旋運動到地球的兩極進入地球，極光就是太空電荷進入地球的證據(jù)。（下圖是極光圖片）圖五雖然落入地球的電

16、荷有正有負，但正負電荷數(shù)不會絕對的相等。若在某個時期正電荷的數(shù)量會大于負電荷的數(shù)量，久而久之會有大量的正電荷落入地球，使地球帶正電。由于太陽和地球帶有大量的電荷，彼此之間會有電的相互作用力，有一個由地球指向太陽的電場。2、地球中電荷的分布太陽中心與地球中心的連線與地面的交點叫光垂點。由于地球的自傳，光垂點在地面上掠過一個圍繞地球的圓，叫垂點圓。垂點圓平行于赤道，隨季節(jié)的變化，垂點圓在南北回歸線之間擺動。（見下圖）圖六當?shù)厍虿皇苋魏瓮獠侩妶隽Φ淖饔脮r，地球表面的電荷分布基本是均勻的，地球表面各處的電荷密度是相等的。由于地球表面布滿了水并含有大量的電解質(zhì)，所以地球表面是電的良導體。落入地球南北極的

17、電荷，正負電荷發(fā)生中和，剩余的正電荷在太陽電場的作用下會向低緯度地區(qū)運動，隨著維度的增大，電荷密度逐漸減少，在南北兩極處，電荷被拉到低緯度區(qū)域，因而這些地方的電荷密度較低，低于地球表面電荷的平均值。低緯度地區(qū)電荷密度大，遠大于地球表面電荷的平均值；由于地球的阻擋，太陽電場對地球背陰面電荷的作用力減弱，地球背陰面電荷的分布較向陽面分散，所以地球表面的電荷分布是不均勻的。在低緯度地區(qū)形成一條圍繞地球的電荷帶?？拷裹c圓的電荷密度最高，垂點圓兩邊的電荷密度逐漸降低，地球表面的電荷大部分集中在垂點圓兩邊±300的范圍內(nèi)。（如下圖7所示。）圖7地球表面以下是由花崗巖組成的地殼，花崗巖是電的良好

18、絕緣體。所以從太空中落入地球的電荷主要分布在地球的表面。地殼以下的地幔和地核的溫度高達2500k以上，那里的物質(zhì)處于電離狀態(tài)，又是電的良導體。因地球表面帶有正電荷，處在地球表面電荷電場中的地核又是一個等勢體，所以地核必定有電荷分層，在靠近地殼的地幔層中，集中了大量的負電荷，地球的中心處聚集了正電荷。這像一個巨大的電容器，地球表面和地幔是電容器的兩個極板，中間的地殼是這電容器的電介質(zhì)。3、地球表面電荷的運動地球處在一個由太陽電荷產(chǎn)生的電場、空間電離層電荷產(chǎn)生的電場、地球內(nèi)部電荷產(chǎn)生的電場等復雜的電場中。地球表面的電荷分布不再均勻，若只考慮太陽電場的作用，那么在地球表面的向陽面的正離子，由于受到太

19、陽負電場的吸力作用，在光垂點處形成一個由正電荷組成的電荷斑塊，由于地球的自傳，正電荷斑塊會跟隨光垂點自東向西運動，。由于地球表面的導電層主要有水、濕潤的土壤，礦物導體等，導電形式主要是各種正負離子，靠近光垂點的運動的快，遠離光垂點的運動的慢。無論海洋中的離子還是陸地土壤中的離子，由于離子的重量和體積比電子大 ，在運動中受到的阻力比電子大，運動的距離都很小。所以離子的運動速度很慢跟不上光垂點的運行速度?；径际窃谠囟叹嚯x的定向移動。但大量帶點離子跟隨光垂點的定向運動就形成了可觀的電流。由于地球自身由西向東的自轉(zhuǎn)，地面正電荷在太陽電場的作用下會跟隨光垂點由東向西運動，電流方向也是自東向西流動的。

20、 電流是連續(xù)的，在地球的背陽面由于受到向陽面正電荷的推擠作用 背陽面的正電荷也會由東向西運動。向陽面由于太陽電場和地球自轉(zhuǎn)的作用會在向陽面產(chǎn)生一個電勢，相當于一節(jié)電池，背陽面相當于一段導線，連接電池的兩極，于是便形成了從東向西環(huán)繞地球的環(huán)形電流，地球磁場的一部分是由這種環(huán)形電流產(chǎn)生的。從電荷的分布和運動速度來看。向陽面的電荷集中，運動快。背陽面電荷分散，運動較慢。（下圖是太陽的電場力和地球自轉(zhuǎn)驅(qū)動地面電荷繞地球運動的示意圖）圖84、地球外圍的電荷分布除了地球內(nèi)部及表面帶有電荷外，在地球表面以外的空間也有大量的電荷。在離地面80km的空間內(nèi)，由于大氣稠密帶電粒子少，帶電粒子運動時發(fā)生碰撞的幾率高

21、，帶電粒子的定向運動速度慢，所以這一層大氣是電的絕緣體。在離地面100km左右的暖層空間，由于溫度升高，在太陽及宇宙射線的作用下這里的空氣發(fā)生了電離。從太陽飛來的帶電離子也有一部份會滯留在這里，這就是E電離層。地球向陽面聚集的正電荷斑塊產(chǎn)生的電場，作用于E電離層。吸引E電離層的電子下沉形成D電離層，原E電離層由于缺少了電子而帶正電。這時會有一個由E電離層指向D電離層的電場ED，這電場與地球指向太陽的電場E0方向相反，在數(shù)值上當EDE0時D電離層不再下降。在下午的傍晚時分，地面正電荷隨光垂點離去，對E電離層負電荷的引力作用減小， D電離層的負電荷受E電離層正電荷的引力相對加強，d電離層的負電荷開

22、始上升并與E電離層的電荷中和，D電離層逐漸減弱，E電離層也逐漸減弱。地球背陰面正電荷少于向陽面，分布不再那么集中，對E電離層電子的引力作用很小，所以夜晚D電離層會消失。D電離層的電荷分布與地面電荷斑塊相似，除有晝夜變化外也隨季節(jié)南北移動，這從側(cè)面證明地球表面是有電荷的，也證明電荷的分布及運動的論述是正確的。在暖層的100km-3000km是未被電離的絕緣層，從太陽飛來的質(zhì)量較小的電子被阻擋在了這一層之上，形成了帶負電的F電離層。在離地面6000km12000km和18000km24000km的地方有兩條電荷帶，叫范艾倫輻射帶，內(nèi)層范艾倫輻射帶主要是高能質(zhì)子，外層艾范倫輻射帶主要是高能電子。這些

23、電荷沿地磁線做高速螺旋運動，并在地磁兩極間振蕩。若太陽帶負電荷，那么在外層范艾倫輻射帶與太陽之間還有一層或數(shù)層人們沒有發(fā)現(xiàn)的帶正負電的電荷帶。這種正負電荷帶交替出現(xiàn)的電荷帶我們不妨叫它震波帶。每條震波帶各個不同區(qū)域上的電荷密度和厚度都不一樣，震波帶在諸多電場的作用下形成了特除的形狀，向陽面的電荷密度大厚度也大，背陽面的電荷密度稍小且被束縛在地球的陰影里形成了一個拖尾。在向陽和背陽的分界處電荷密度和厚度最小。5、地球的磁場地球的磁場是由地球內(nèi)部電荷、地球表面電荷及地球以外電荷的運動產(chǎn)生的，情況非常復雜。（1）、以地球為參照系的地球磁場在以地球為參照系時，地核中心的電荷、地幔中的電荷、地球表面上的

24、電荷、E電離層的部分電荷、范艾倫輻射帶的電荷有些始終出現(xiàn)在向陽面，有些始終出現(xiàn)在背陽面，由于地球是自轉(zhuǎn)的，我們可看成地球不動以上各層電荷在繞地球運動。其中地核中心的正電荷由于繞地軸運轉(zhuǎn)的半徑較小，形成的磁場較弱可忽略。設(shè)地幔中負電荷繞地球運動產(chǎn)生的磁場為Hm，方向為地理北極為磁場的S極，地理南極為磁場的N極。因地幔中的溫度較高分子運動劇烈，負電荷在運動時會發(fā)生頻繁的碰撞，運動受阻，所以由此而產(chǎn)生的磁場強度不高。地球表面的正電荷沿地球表面移動形成電流，這電流形成的磁場設(shè)為Hb，地理的南極為該磁場的N極，地理的北極為該磁場的S極。地球的表面有大陸、海洋、高山、湖泊、沙漠。它們的導電性能差異很大。大

25、洋中的海水是電的良導體，而干旱的沙漠及巖石裸露的山區(qū)導電性能很差，所以地球表面電流的分布是不均勻的。在廣闊的太平洋地區(qū)電流主要沿太陽直射區(qū)域的低緯度帶流動。在東經(jīng)120o區(qū)域，赤道以北由于受到亞洲大陸的越南，馬來西亞陸地的阻擋，電流向南偏移，經(jīng)菲律賓、印度尼西亞等群島及南半球的海洋進入印度洋;在東經(jīng)45o的印度洋西岸，電流受到非洲大陸的阻擋，一部分向南繞過非洲大陸和南美洲大陸，一部分經(jīng)地中海到達大西洋，這兩股電流強度基本差不多，少部分穿過非洲大陸和南美洲大陸，到達大西洋。在大西洋西岸電流主要通過加勒比海到達太平洋。地球表面上的電荷并不是一直沿緯線流動的環(huán)形電流，電流主要沿電阻較小的海洋流動，在

26、東經(jīng)45o到西經(jīng)90o之間電流顯著向南偏移，從而地球磁場的N極明顯向東經(jīng)120o180o的低緯度地區(qū)偏移;在北半球的東經(jīng)45o135o之間由于亞歐大陸的阻擋電流較小，而在西經(jīng)45o135o之間由于美洲大陸的阻擋使得加勒比海的電流明顯增大，因磁場的大小是由電流的大小決定的，因而地磁軸不會和地軸重合，地磁軸會向西經(jīng)45o135o區(qū)域傾斜，所以地磁的南極會偏離地理北極。這就像一個彎曲變形的線圈，通電后產(chǎn)生的磁場也是彎曲的，這就是地球磁場不和地理軸線重合的原因。流經(jīng)海洋的電荷還會受到洋流的影響，海水電解質(zhì)密度的影響，氣候的影響；氣候決定著大陸電導率的改變，因此也改變著電流分配格局。所以環(huán)繞地球的電流流

27、經(jīng)路線和強度會隨以上各種因素變化，因而南北磁極點會不斷變化，局部的磁場也會變化。在歷史中，大陸板塊的漂移會使環(huán)繞地球的電流路徑發(fā)生很大的變化，南北磁極點會有較大的位移。D電離層的負電荷繞地球運動形成的磁場設(shè)為Hd；E電離層的正電荷繞地球運動形成的磁場設(shè)為He；范艾倫輻射帶內(nèi)層的正電荷繞地球的運動形成的磁場設(shè)為Hn; 范艾倫輻射帶外層的負電荷繞地球的運動形成的磁場設(shè)為Hw。地球的磁場HHmHbHdHeHnHw，由于Hd和He方向相反，Hn和Hw方向相反，它們的和較小，可不計。又因地球表面的正電荷遠遠大于地幔中的負電荷，所以地球的磁場主要由地球表面正電荷繞地球的運動而產(chǎn)生的。又因為地核主要是由鐵磁

28、性物質(zhì)鐵和鎳組成的，它們具有較高的相對磁導率，所以地球內(nèi)部的磁感應(yīng)強度大于地球表面的磁感應(yīng)強度，地球兩極的磁感應(yīng)強度大于赤道地區(qū)的磁感應(yīng)強度。在地球的表面真的有電流存在嗎？它與地磁有關(guān)聯(lián)嗎？1847年，巴洛(W.H.Barlow)從英國的電話線中最先發(fā)現(xiàn)了大地電流。1865年，在英國的格林威治天文臺上，建立了第一個地電觀測點，上世紀70年代我國建立了大量的地電和地磁監(jiān)測點，這不僅證明了大地電流的存在，還積累了大量的資料。圖一是山東省郯城地震臺測得的地電場和地磁的合成曲線圖，從圖中看出地電場和地磁保持著一致的變化規(guī)律。下面我們用黑龍江綏化地震臺測得地電場5階諧波合成的，日變化曲線（圖10）圖9圖

29、10來分析地電場是如何形成此規(guī)律的。 把北京地區(qū)所處的東經(jīng)1200線作為北京時間中午12點的時間線（見圖9），北京時間午夜0點時分，正電荷斑塊跟隨光垂點在大西洋地區(qū)，北京地區(qū)處在背陰面，地電流比較分散，地電場強度處于平均水平，6點電荷斑塊到達太平洋，北京地區(qū)太陽升起，電荷斑塊開始影響我國東部，地電場增強。9點電荷斑塊覆蓋我國東部地區(qū)，這時光垂點還在太平洋中，由于海水的導電性能遠遠高于陸地，所以電場達到最大值。此后電荷斑塊受到亞歐大陸的阻擋，陸地中離子數(shù)量遠遠小于海洋，電場強度急劇減少。13點時電荷斑塊除受到歐亞大陸阻擋外，還受到越南、柬埔寨、馬來西亞、印度尼西亞等區(qū)域的阻攔，地電場數(shù)值降至最低

30、。其后進入印度洋，電場強度開始上升。16點后電荷斑塊又受非洲大陸的阻擋，電場強度再次減弱。18點后我國東部地區(qū)已日落，電荷斑塊的影響結(jié)束，電場強度又回到平均值。由于光垂點經(jīng)過大洋陸地引起的地電場變化是普遍的，世界各地的電場強度日變化強度曲線基本相同，只是時間上有差異，下圖是地電場變化曲線隨地理經(jīng)度由東向西的順延情況圖11由正電荷斑塊隨光垂點移動引起的電流，并不是一直由東向西流動的，電流會沿低電阻區(qū)域流動。比喻在山東地區(qū)，電流受大陸的阻擋會折向南流動；海洋中洋流也會帶動電荷運動，使電流改變方向。吉什和魯尼的渦旋電流線分布圖也看出電流的分布，但決不是渦流。地電場起因比較復雜，其他因素引起的電場強度

31、，在局部或某地不同時間可能會遠遠超過由正電荷斑塊隨光垂點移動引起的電場強度強許多，但總體由正電荷斑塊隨光垂點移動引起的電場占主導地位。（2）、地下電流為便于估算，設(shè)地球是一個正圓體，地理南北極與地磁南北極重合，磁極的磁感應(yīng)強度為0.6*10-4特斯拉，地球半徑為6738千米，地面電流集中在赤道上。因地球主要由鐵氧組成，地球的相對導磁率比較復雜，純鐵相對導磁率大于5000，鑄鐵大于300，取地球的相對導磁率為100 。由畢奧-薩伐爾-拉帕拉斯定律粗略估計，產(chǎn)生北磁極的磁場強度需1721×104安培電流。若此電流均勻的分布在南北極之間，滲入地表下500米，則電流密度為1.7安培/平方千米

32、。這比英國格林威治天文臺地電觀測點，檢測的2安培/平方千米數(shù)據(jù)略小。這說明地下確實有產(chǎn)生地球磁場的電流存在，并且探測到的電流足以產(chǎn)生地球磁場的強度。實際上海洋中的電流遠大于陸地的電流，低緯度地區(qū)的電流遠大于高緯度地區(qū)的電流。（3）、以太陽為參照系的地球磁場 在以太陽為參照系時，地核中的電荷、地幔中的電荷、地球表面的電荷、隨地球一起繞地軸運轉(zhuǎn)，D電離層中的電荷F電離層的大部分電荷由于受到大氣的作用，也會隨地球大氣繞地軸運轉(zhuǎn)，它們會產(chǎn)生磁場。E電離層中的電荷、范艾倫輻射帶的內(nèi)外層電荷大多是相對靜止的，它們不會產(chǎn)生磁場。我們在地球以外的宇宙空間中探測到的地球磁場就是由這些電荷隨地球運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。由于地

33、球高空的這些電荷距地心較遠，對地心中高導磁率的鐵鎳影響不大，所以在外層空間的磁場強度和方向主要決定于探測點附近震波帶的性質(zhì)。在不同的外層空間探測到的地球磁場的極性可能與在地面探測的相反，磁場強弱可能有起伏變化，甚至突變。在距地球較遠的地方震波帶中的電荷受地球的影響很小，這里的電荷不再隨地球一起運轉(zhuǎn)，地球的磁場就消失在這層震波帶上，這里便是地球磁鞘。 三、地球磁場的變化以上簡略說明了地球磁場的產(chǎn)生，并以此解釋了地理南北極與地磁南北極不重合的現(xiàn)象，利用這種理論可以完美的解釋地球磁場的其他一些現(xiàn)象。1、地球磁場的日變化：前面已經(jīng)介紹了電場日變化的原因。2、地球磁場的季節(jié)變化：由于陽光直射點即光垂點隨

34、季節(jié)南北移動，地球表面電荷密度的最大點也會隨之南北移動，又因為季節(jié)變化世界各地的氣候也在變化，這些都會影響地球表面的電流分布，所以地球磁場會隨季節(jié)在變化，但由于地理形狀不變，地球表面的電流不會發(fā)生很大的變化，又因地球內(nèi)核距地面較遠，地球表面電流的變化，不會對地球表面的磁感應(yīng)強度產(chǎn)生較大的影響，所以地球表面的磁場也就不會發(fā)生太大的變化。3、天氣變化對地球磁場的影響：由于局部氣候的變化，如洪澇、干旱、風暴、洋流、潮汐等都會使地表面的導電情況發(fā)生變化，地表面的電流分布也會變化；帶電云層也會影響地面電荷的分布，帶電云層的移動也會形成電流產(chǎn)生磁場。所以地球磁場也會隨天氣變化而變化。4、地球磁場南北極的漂

35、移：由于地球大陸板塊的漂移、洋流的改變、海水電解度的變化南北極冰蓋的進退等也都會影響地球表面電流的分布，從而引起地磁南北極的漂移。 5、地震對地磁的影響：由于大陸板塊的漂移使地球的局部地殼應(yīng)力發(fā)生變化，其介質(zhì)常數(shù)也會因此而發(fā)生變化，在將要發(fā)生地震的區(qū)域，由地球表面、地殼和地幔組成的電容中，作為介質(zhì)的地殼的介質(zhì)常數(shù)發(fā)生了變化，其電容的容量也會發(fā)生改變，若容量增加，這一地區(qū)的電勢就會降低，周邊區(qū)域的電荷會向這一區(qū)域匯聚而形成電流;若容量減少，這一地域的電勢就會增加，這一區(qū)域的電荷會向周邊區(qū)域擴散而形成電流，這些電流也會使地球磁場發(fā)生變化。這種由電荷的匯聚或擴散而形成的電流在應(yīng)力形成時便產(chǎn)生了，在地

36、震將要發(fā)生時達到最大值，有時非常巨大，使地球的局部磁場發(fā)生強烈的波動。地面的電場也會發(fā)生巨大變化，甚至會導致空氣輝光放電。地面電荷的變化必然會影響到空間電離層或者說震波帶電荷的變化，這就是地震發(fā)生前科學家探測到電離層發(fā)生騷動的原因。利用這一現(xiàn)象可以進行地震預報。當然過濾電勢，巖石的壓電效應(yīng)也可產(chǎn)生電荷或電勢，地震對地磁的影響可能是諸多因素共同作用的結(jié)果。6、太陽活動對地球磁場的影響：在太陽耀斑、太陽黑子等太陽活動時太陽表面的電荷分布會產(chǎn)生變化，從太陽噴射出的帶電粒子流也會到達各震波帶，及地球附近，對地球的電離層，地球表面的電荷分布產(chǎn)生很大的影響，從而使地球磁場產(chǎn)生騷動。當太陽風中的帶電粒子到達

37、地球表面后，由于各粒子運動緩慢，正負離子不能很快的中和，其中的正離子會跟隨正垂點運動，形成較大的電流，產(chǎn)生較強的磁場，隨著正負離子的逐漸中和，正離子逐漸減少，電流也減弱，相應(yīng)的磁場也減弱。除太陽風暴中的帶電粒子對地球磁場的影響外，太陽表面聚集的某種電荷的電場也會對地球磁場產(chǎn)生影響。太陽有個11年的周期活動，地球磁場也跟隨太陽活動周期變化。7、地球磁極的顛倒：太陽的磁場大約11年會產(chǎn)生一次顛倒，此時若太陽表面物質(zhì)的運動方向不變那么太陽中正負電荷受到的磁力方向就會改變，若太陽的磁場不發(fā)生顛倒但太陽表面的物質(zhì)運動方向不可能一成不變，在另一個時期，當其運動方向與前一時期相反時，太陽中正負電荷受到的電磁力方向也會改變，若負電荷受到的力是沿太陽半徑向外的，那么太陽中的負電荷將會被分離到太陽的色球?qū)?/p>