有趣的地磁场

有趣的地磁场

地磁场是人类生命的保护伞，神秘而有趣。公元250年，人类就开始了探究，中国人发明了指南针，沈括发现了磁偏角。尽管人类对地磁场研究了几千年，直到今天人类还没有真正弄清地磁场的起源。目前人们认为，地磁场产生的原因有永磁体理论，电荷旋转理论，热压电效应理论，温差电效应理论，自激发电机理论，范爱伦带理论等。正是这些研究的深入，人们不断地了解地球奥秘，探索未知的世界，地磁场和人类的生活联系越来越多。

1 地磁场和导航

人们利用地磁场导航已经有400年的历史了，现在发现鸽子、海鸥、蝙蝠和乌龟等大量动物都用地球磁场来导航。地球表面以及近地空间的地磁场在不同地区是不同的，这种不同性构成了不同地区的一种典型特征。利用这种特征来确定载体所在的地理位置，就是地磁导航所依据的基本原理。地磁导航具有无源性，与其他有源制导和导航方式相比，地磁制导与导航在军事领域有着无可比拟的优势。使用地磁制导的导弹抗干扰性能强，突防能力得到大大提升。近年来，地磁导航在工业部门、航空航天航海等诸多领域发挥了重要作用，越来越成为学术界关注的对象。地磁导航在导航定位、

地球物理武器、战场电磁信息对抗等领域展现了巨大的军事潜力。然而地磁场成因比较复杂，存在长期变化和短期变化。所以只要建立适时的地磁数据库，突破地磁异常问题和载体磁场对地磁场测量值的干扰，运用高效、实时地磁导航匹配算法，在高精度、快响应速度、环境适应性强的磁测量传感器的测量下，就能实现运用地磁场在全球导航。

2 地磁场和地震

地磁场预测地震是建立在长期观测和综合分析基础上的。长期观测可以知道当地地磁场活动的基本形态和变化规律，以及历史记录的地震发生之前的前兆特征。当观测到本地地磁场发生不同于以往的异常活动，且活动形态与历史地震的前期征兆相似时，综合其他前兆，考虑地震发生的可能性。科学家们观察了一段时间的地磁场DST指数，发现地磁场DST指数与地震发生频率有一定的关系。这里的DST指数是用来测量地磁场强度的。地震引起地磁场变化的原因有两个：一是地震前岩石在地应力作用下出现“压磁效应”，从而引起地磁场局部变化；二是地应力使岩石被压缩或拉伸，引起电阻率变化，使电磁场有相应的局部变化，岩石温度的改变也能使岩石电磁性质改变。基于上述理由，应该可以利用电磁手段对地震进行预测、预报。目前利用地磁预报地震的方法还在探索阶段中。影响地磁变化的原因是多方面的，干扰因素也很多，比如，仪器附近放有铁物质或者观测

时带有铁磁性的东西靠近仪器，都会使磁针改变方向，发生变化。因此，当观测到地磁场异常时，首先要通过多种观测资料加以对比分析，排除各种干扰因素，找出因地震的变化引起的异常反映。人类一定能在未来通过地磁场的变化准确地预报地震。

3 地磁场和探矿

由于地磁场的存在，组成地壳的岩石有着不同的磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，形成磁异常。利用仪器测定这些磁异常，研究它与地质构造的关系，根据磁异常特征做出关于地质构造及矿产分布的预测。磁力勘探所用的仪器就是磁力仪，它的灵敏度很高，只要约有相当于普通小块吸铁石的千分之一到万分之一的

磁性，就能被测量出来。飞机携带航空磁力仪，可在不同高度的飞行中测量地面磁力值的变化，大大提高了工作效率。磁力勘探包括地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测等。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1 km，地磁感应强度的变化约为一亿分之几特，而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。随着人们对地磁场研究的深入，地磁探矿的应用越来越广。地质学家们已能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。

4 地磁场和考古

通过测定岩石和某些古物的天然剩余磁性，分析它们的磁化历史，研究导致它们磁化的地磁场的特征是20世纪后半期新兴的利用磁学的方法进行考古断代的技术和方法，后来形成了考古磁学这一学科。考古磁学主要用于研究古代遗址和古代文物的年代。还可以对古陶制造原料的来源、陶器烧结温度，甚至对古代环境的研究提供资料。陶器等类器物在制作时含有少量的磁性矿物，经高温烧结，陶坯中原有的磁性会全部消失，然后在地磁场中缓慢冷却下来时，陶器中的磁性物质又会重新获得一种与当地地磁方向一致的永久磁性。这种现象叫热剩磁。热剩磁的磁化强度与地球磁场强度成正比，它忠实地记录了当时当地的地磁场。所以，只要知道地球磁场的强度、方向的变化规律，通过测量热剩磁与磁性变化曲线相比较就可得出陶器的年代。地球本身是个大磁场，可南、北两极并非永恒不变，而是不断的在偏移，甚至每过几十万年，就可能发生一次南北极倒转，而地球上河流湖泊的形成、火山的喷发过程，都能记录当时地球的磁性状态。通过这些研究，就可以测定出土的一些遗迹与遗物的年代。随着时代的发展，通过地磁考古已经成了考古专业一

个不可缺少的重要方法。

5 地磁场和生命

遥远的太空到处都充斥着高能带电粒子流，而地磁场阻挡着这些高能带电粒子流。这些粒子是带电的，当他们进入磁场的时候，会受到洛伦兹力的作用使粒子偏转，而地磁场在两极附近最强，赤道最弱。但是赤道处的地磁场几乎是平行于地面的，射向地面的带电粒子刚好被偏转了，因此难以到达地面。实际上，有很多带电粒子是沿着磁力线从赤道跑到两极去了。到两极时由于磁场变强，使得离子产生了加速度。这些运动的高能粒子撞击高层大气中的原子，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子。这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，这就产生了极光。地球上生命的存在，依赖于地磁场形成的保护层。正是在这个保护层下，人类避免了这些高能粒子带来的辐射，得以安然无恙地衍生繁殖。

地磁场的奥秘是无穷无尽的，直到今天人们还在孜孜不倦的研究着，期待能用地磁场发电；研究地磁场和人的生理磁场的关系，通过心磁图和脑磁图观测，希望能用来改进人的大脑，为人类服务。然而人类才建立了400年的地磁场数据，还有更多的规律期待人们去研究，为什么今天的地磁场在慢慢消失？为什么地磁的南北极每过一段时间要翻转？如果真的有一天地磁场消失了，人类又何去何从？也许在不

远的将来那一层层神秘的面纱就会掀开，事实全部展现在人们的面前。