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地球的磁性逆转现象（第1页）

地球的磁性逆转现象

众所周知，在地球上任何地方放一个小磁针，让其自由旋转，当其静止时，磁针的N极总是指向地理北极。这是由于地球周围存在着磁场，称为地磁场。地磁场有大小和方向，所以是矢量场。地磁场分布广泛，从地核到空间磁层边缘处处存在。

然而美国科学家发现，地球内部的地核正在发生着细微的变化。受这种变化的影响，地球的磁场也在变化。科学家们担心地指出，这些变化将给卫星等航天器带来巨大危险。该发现竟然与待考证的神秘的2012预言惊人的相似。2012预言，在2012前夕，地球磁极会发声逆转，巨大的气候变化将导致绝大多数地球上生物无法适应，甚至可能灭绝。不过，该预言还未得到科学家们的最终确认。

*地球磁场是怎么回事

地球的磁场根据起源可分为内源场和外源场。内源场是指起源于地球内部的磁场，约占地球总磁场的95%。地球的液态外核是内源场的主要来源。外核是熔融的金属铁和镍，它们是电流的良导体。强大的电流在地球旋转时产生，这些电流产生地球磁场。

地磁场总体来说像个沿地球旋转轴放置在地心的磁铁棒产生的磁场，它的内源场的主要部分是地磁场的主要特征，称为偶极子场，占总地磁场的80%～85%。

在内源场中还有5个大尺度的被称为磁异常的非偶极子场，主要来源于地壳岩石，它们分别为南大西洋磁异常、欧亚大陆磁异常、北非磁异常、大洋洲磁异常和北美磁异常。

与此相反，外源场为起源于地球外的磁场，主要由太阳产生，它占了地球磁场的5%。

地磁场会随时间变化，内源场引起的变化称为长期变化，有磁场倒转和地磁场向西飘移。每5000～5万年地磁场就会倒转一次。人们用正常磁场来表示和现在磁场方向相同的磁场；以倒转磁场表示与现在磁场方向相反的磁场。

地质时期上曾经出现过4个较大的倒转期，布容正向期为现在的时期，以前还有松山反向期、高斯正向期和吉尔伯特反向期。短期变化是因为固体地球外部的各种电流体系引起的地磁场变化快，时间短而得名。而平静变化和扰动变化是短期变化的两种形式，平静变化包括太阳静日变化和太阴日变化；扰动变化包括磁暴、亚暴、钩扰、湾扰和地磁脉动。磁暴、钩扰、湾扰的发生都与太阳活动有关。这些短期变化在太阳活动高年会频繁发生，而且有巨大的强度和剧烈的变化。

粒子流能够被地磁场反射，地磁场把我们的地球包围起来以使我们免受高速太阳风的辐射和伤害，相当于一个无形的屏障来保护我们的生存。到现在为止，人们利用地磁场导航已有400多年的历史了，现在发现很多动物都是利用地球磁场来进行导航的，比如鸽子、蝙蝠和乌龟等。

*地球磁场的逆转原因

根据地磁场起源理论，地磁场磁极发生逆转的原因是地核自转角速度发生变化。

我们现在知道，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要大于地壳的自转速度。然而在40亿年前地球表面呈熔融状态，月球也刚刚被俘获，地球从里到外的自转速度都是一致的，地球表面也就不存在磁场。

不过，地球的自转角速度会随着地球向月球传输角动量变得越来越小。与此同时，地球也逐渐形成了三层结构：地壳、地幔和地核。地壳首先反映地球自转角动量的变化，出现了地壳自转速度小于地核自转速度的情形。这时，磁场的存在在地球的表面上第一次可以被感受到，地核以大于地壳的自转速度形成了地磁场。根据左手定则，磁场的N极是在地理的南极附近，磁场的S极是在地理的北极附近。

然而地壳与地核自转的角速度不同步，这种情形并不能持续，地核也必然向地壳传输角动量（通过地幔软流层物质），其结果就是地核的自转角速度逐渐变慢，地壳的自转角速度逐渐变快。随着地壳与地核的自转角速度此增彼减，最终达到一致，这时，地球磁场就会在地球表面消失。不过，地核与地壳间的角动量传输并不会因此而终止，地壳的自转角速度在惯性的作用下还会继续增大，而地核的自转角速度则会继续减小，于是就出现了地核自转角速度小于地壳自转角速度的情形。这时，在地球表面就会感受到来自地核逆地球自转方向的旋转质量场效应。新形成的地磁场的S极可以根据左手定则进行判断是在地理的南极附近，N极而则在地理北极附近。

整个地球的自转速度从较长的时期来看都是处于减速状态，不过地壳与地核间的相对速度的变化却是呈周期性的，这就是为什么每隔一段时间地球磁场就要进行一次逆转。

据测定，地球磁场发生逆转前预兆会非常明显，地球的磁场强度逐渐减弱到零；而磁场强度约需1万年左右才能逐渐恢复。但是，磁场方向却完全翻转过来了。地球磁场强度目前就存在逐渐减弱的趋势，北美洲的磁场强度在过去的4000年里已经减弱了一半，这说明地核相对地壳的速度差也正在缩小。

值得注意的是，地球表面测得的地磁场方向无论如何变化，在太空中地磁场的方向却始终不变。原因在于在太空中测得的地球磁场的旋转质量场效应来自于整个地球的自转，并不会随着地壳与地核相对速度的改变而改变。根据左手定则我们会发现，在太空中测得的地磁场的N方向，一直都处于地理南极的上空。

通电导体在电磁感应效应中产生的磁场强度与电流强度成正比，也就是和导体内“定向移动”的自由电子数目成正比。而每个电子又有着恒定的自旋角动量，所以实际上磁场强度是与所有电子的自旋角动量之和成正比的。同样的，宏观物体产生的磁场强度，也应与旋转质量场的角动量成正比（也就是和物体的质量和自旋角速度成正比），与质量场的旋转半径（观测点到物体质心的距离）成反比。表述为公式就是：

H=fmωr=f0mTr（f0为常数，T为自转周期，r为旋转质量场半径）

根据这个公式，我们可以发现在地球表面测得的磁场强度H，只与地核的质量m成正比，角速度ω的取值为地壳与地核自转角速度之差，r为地球的半径（地磁场强度为5×10-5特斯拉）。而在太空中形成的空间磁场的地球磁场强度与整个地球的质量成正比，与地球的自转角速度成正比（近似值），与观测点到地球中心的距离成反比。所以比起地表的磁场强度来，在近地球的宇宙空间所形成的地球空间磁场强度要大很多。磁极恒定是空间磁场的最大特点，而不会像那样，地球表面磁场会发生磁极逆转现象。

延伸阅读——太阳风带来的高能粒子将使地球磁场变形

美国科学家研究发现，地球内部的地核正在发生着变化，地球的磁场受此影响也在变化。科学家们担心地指出，卫星等航天器会因为这些变化面临巨大威胁，因为对于来自外太空的高能量辐射，地球磁场就如同给卫星等航天器穿上了一层防辐射服，能起到保护作用。如果地球磁场发生变化，那么成千上万的在地球周围旋转卫星以及其他航天器都将失去地球磁场的保护，直接暴露在外太空高能的辐射中。

一项最新的研究还表明，地球总磁场的弱化现象在数百甚至上千年内将会一直持续，直到磁场最后完全消失殆尽。但科学家无法解决的问题是，地球磁场在几个月的频繁微小的变化都会使卫星失去保护。通过过去9年卫星数据设立的模型，我们可以得知地核内的流体运动会使地球的外围磁场的过程发生改变。这种巨大的变化是科学家们首次发现地球磁场仅在数月内就有可能发生的。

德国有一所一直致力于地球磁场研究的科研中心，其工作人员指出：南大西洋的地球磁场已经发生了这些变化，与地球其他地区相比，该地区的磁场较弱，仅为一般磁场的13，甚至在新的磁场变化被发现以前，南大西洋的磁场出现的现象已经相当反常，目前那个地区的磁场已经是地球最薄弱的。这也意味着，在该地区地球的磁场保护网已经出现了凹陷。

丹麦哥本哈根大学的地球物理学家与德国科研人员，共同合作确立了一个模型。这一模型是关于地核流体的，其计算出的结果与卫星检测到的地球磁场变化结果并无二致。

由于地球磁场的弱化带来了南大西洋区域磁场的反常，并将使卫星等航天器的运行收到严重影响，使之失去了地球磁场的保护，所以来自太阳的辐射风暴将会使卫星上的电子设备受到严重干扰。科学家称：这对于卫星会是个非常严峻的挑战。太阳的辐射风暴和一些高能粒子将会影响卫星的信号，并使其与地面失去联系。可以说，太阳风和其他来自太阳的辐射正在频繁地轰炸地球，在遭到这些袭击后，磁场为地球提供了气泡保护膜，但这种强有力的保护也并非是密不透风的。在2006年有过一次巨大的太阳辐射风暴，一些卫星因此出现了短暂失灵。为了避免暴露在核辐射之下，国际空间站的宇航员们也不得不进入保护区。

地球的磁场在过去的150年里已经减弱了近十分之一。目前，根据新的观测数据，科学家正继续对模型进行修正，试图对其有所完善，以便对将来地球磁场变化做出精确的预测。

那么，地球到底有多大的磁场呢？它向太空绵延5。8万千米，对我们的星球进行着保护。地核能够导电，它就像一个巨大的电磁铁，在旋转过程中产生了地球磁场。这些磁场形成了一个气泡（泪珠形状）保护在地球表面，从而对地球上的生物形成保护膜，避免它们暴露在太阳高能的辐射中。磁性逆转的现象在地球漫长的历史中曾多次出现，最近的一次是在78万年以前。当地球南北磁性逆转后，需要经过一段比较长的时间后新的磁极才能重新确立和恢复。科学家证实，下一次磁性逆转很快就要发生。

我们很容易把该发现和神秘的2012预言（有待考证）联系在一起。2012预言指出：地球将在2012前夕发生磁极逆转，绝大多数地球上生物将因为巨大的气候变化而无法适应，甚至可能灭绝！