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1、地球磁场简述,第三小组,地球磁场,地球磁场，想必大家已经非常熟悉了，地球的磁场有点像把一个大磁铁棒摆在地球中间而形成的。这种看不见摸不着的物质在不知不觉中影响着我们，而它的神秘的起源，难以捉摸的变化规律以及众多的应用也一直吸引着无数人去研究它。今天，我们就来从我们自己的角度，在数学知识和物理知识尚存缺陷的时候，尽量运用我们的想象力，来一场大脑风暴吧。,小小的准备工作,工欲善其事，必先利其器。要探讨一些物理现象，首先还是要有一些必备的定义以及数学关系的。下面给出几个定义。,1、单位时间内通过任意曲面的电荷叫做该曲面的电流，通常用I表示。,2、很明显，电流是一个标量，要研究在任意的载体中（而不是仅
2、在导线内的情况）的时候，有必要引入一个矢量。我们有如下定义：该矢量的方向，为空间中这一点的正电荷运动方向，它的大小定义为过该点并与这一矢量垂直的单位面积上的电流，我们把这个矢量叫做电流密度。一般用J表示。,3、既然要讨论地磁场的形成机制，自然也就要引入电和磁的关系。我们给出如下一个公式：,猜想,现在我们有了一些工具了，除了刚才介绍的，还有你自己的知识，还有你的想象力。地球的磁场是可以通过实验测量的，我们就以旁边这个图为标准，来猜想一下地球磁场是什么物质以什么机制产生的。,关于地球磁场的形成有非常多种说法，下面这种说法比较流行：通常物质所带的正电和负电是相等数量的，但由于地球核心物质受到的压力较
3、大，温度也较高，约6000 C，内部有大量的铁磁质元素，物质变成带电量不等的离子体，即原子中的电子克服原子核的引引力，变成自由电子，加上由于地地核中物质受着巨大的压力作用，自由电子趋于朝压力较低的地幔，使地核内核处于带正电状态，外核处于带负电状态。这些电荷随着地核的自转运动，进而形成一种类电流环路，从而产生了磁场。,而除了上一张幻灯片提到的说法，还有很多其他的说法：(1)永磁体学说，是最早提出的一种学说，认为地球内部存在巨大的永磁体，是由这个永磁体产生地球磁场。(2)内部电流学说，认为地球内部存在巨大的电流，形成巨大电磁体产生地球磁场。(3)电荷旋转学说(公元1900年，简写作1900)，认为
4、地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷，由地球自转而形成闭合电流，由此电流产生磁场。,太 阳和木星亦具有很强，其中木星的磁场强度是地球磁场的20至40倍。,地磁逆转,地磁逆转是指地球磁场方向的变化，也就是北磁极和南磁极的对调。地磁逆转的发生常常伴随着磁场强度的减弱，当新的方向确定后，磁场强度又会迅速增加。逆转发生在显然是随机的时间间隔从不到0.1万年前多年多达50万不等。最近一次，被称为布容尼斯-松山翻转（BrunhesMatuyama reversal ），发生在大约78万年前,发现过程,早在二十世纪初，法国科学家布律内就发现，70万年前地磁场曾发生过倒转。1928年，日本科学家松
5、山基范也得出了同样的研究结果。第二次世界大战后，随着古地磁研究的迅速发展，人们获得了越来越多的地磁场倒转证据。如岩浆在冷却凝固成岩石时，会受到地磁场的磁化而保留着像磁铁一样的磁性，其磁场方向和成岩时的地磁场方向一致。科学家在研究中发现，有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向相同，而有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向正好相反。科学工作者通过陆上岩石和海底沉积物的磁力测定，及洋底磁异常条带的分析终于发现，在过去的7600万年间，地球曾发生过171次磁极倒转,地磁场逆转原因,地磁场逆转原因现在还没有得出一个统一的结论，一下是关于偏转原因的几种解释：1 地心周围的液体物质，总是处在不稳定状态，以非常缓慢的
6、速度转动，一般大约每年移动一度。然而在受到某种干扰时，这个速度会变得越来越快，使原有的磁场偏离极地越来 越远，最后发生南北极互换的现象。,另一理论,根据地磁场起源理论，地磁场磁极之所以发生倒转，是由地核自转角速度发生变化而引起的。地壳和地核的自转速度是不同步的，现阶段地核的自转速度大于地壳的自转速度。然而，40亿年前，情况却不是这样，地球从里到外的自转速度是一致的，地球表面不存在磁场。但是，随着地球向月球传输角动量，地球的自转角速度越来越小。同时，地球也渐渐形成了地壳、地幔和地核三层结构.这种情形并不能长久地保持下去,从较长 的时期看，整个地球的自转速度处在减速状态，但地壳与地核间的相对速度却
7、是呈周期性变化的,3 用电磁耦合理论很容易解释这个现象。由于地幔层的电场是由地幔层与和它相邻地壳层、地核相互摩擦产生的。当地幔层、地壳层和地核的成分发生变化时，它们相互摩擦产生的电荷的电性也会改变。当地幔层的电场方向改变时，电磁耦合产生的地磁场的方向也随之改变，地磁场的磁极也就改变了。,地磁场翻转期与平时的对比,地球磁场的影响与应用,地球磁场的作用1.有效地阻止了太阳风长驱直入，形成磁层，产生极光2.行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向3.根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏4.影响无线电波的传播远距离通讯5.从太阳发出的强大的带电粒子流（太阳风），会受到地磁场的作用发生偏转而偏离地球6.
8、维持地球的大气成份7.如果人体长期顺着地磁的南北方向可使人体器官细胞有序化,产生生物磁化效应,使生物电得到加强,器官机能得到调整和增进,从而起到了良好的作用,地磁发电1992年7月，美国“亚特兰蒂斯号”航天飞机进行了一次卫星悬绳发电实验。从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动。通过电离层(由等离子体组成)的作用，悬绳上可产生感应电流。,地磁探矿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，
9、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。,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。,对于人类和所有生物来说，地磁变换是灾难性的。地磁消失后，宇宙中的各种射线都会直达地表，地球上生活的生物将失去“保护伞”，受到强烈辐射的伤害。还有科学家认为，地磁场改变导致染色体畸变，会使动植物发生变异生长，还会使一些被压制的地壳运动提前。因此，地球磁极的变换是人类面临的最大的威胁。,今天，我们组对于地球磁场的介绍就到这里，当我们总在探究宇宙的大尺度问题，以及微粒的细微尺度问题的时候，我们不能忘记，我们赖以生存的地球还尚有许多未解之谜等待着我们。其实在介绍了地球磁场的一些知识的同时，其实也是抛砖引玉，让大家能够在未来的生活与研究中，留心观察，不要忘记身边的细节，将近在咫尺的东西的作用发挥出来。,谢谢,
