迄今，地球物理学领域存在很多重要的、具有挑战性的未能完全解决的难题，一些难题的解决，可能涉及物理学、化学及生命科学等领域的基础，更与我们人类生活的方方面面紧密有关。这样的一些问题包括：1、地震的孕育与发生机理；2、地球磁场的起源与维持机理；3、地幔对流与板块构造的关系，等等。

       以地球磁场的起源与维持机理为例，实际上，这是传统物理学的一个经典问题，基本上可以说，自近代物理学诞生以来，比如地球磁场的起源这样一类问题，便存于历代物理学家们的脑海之中，而一直挥之不去，并且到如今也没有找到一个特别令人满意的答案。

       关于地球磁场，其核心问题是：1、地球磁场是如何起源的？2、为什么地球磁场存在包括准周期在内的一系列变化，特别是存在地球磁场的准周期倒转现象？可以这样说，这样的问题彻底解决之日，必是其得到诺贝尔奖之时！

       我在博文“再谈海底扩张与板块构造”中，曾经谈到过地球磁场的倒转证据，在建立海底扩张与板块构造学说的过程中，曾经如何起到过重大的作用。

       很长一段时间以来，尤其是最近一百年来，有很多物理学家介入到这样的物理机理方面的研究与探讨，包括一些知名的研究量子霍尔效应的物理学家，相应地提出了关于地球磁场起源与运行机理的多个假定。

       相比较其它所有假说而言，地球磁场起源的发电机理论，能够解释更多的观测现象，特别是能够很好地解释产生准周期的地磁场倒转现象。例如该理论能够较好地解释在已经过去的近一亿年时间内，地球磁场曾经发生了超过150次的倒转现象，因而能够被多数的地球物理学家们所认可：

       1995年，一个基于该理论的框架结构、并且比较激动人心的研究结果发表于Nature，其得到的大规模数值模拟结果显示（图一），地球磁场之所以发生如此的变化方式，是由于地球固体内核与整体地球之自转角速度的差异变化引起的。

       紧接着，便立刻跟进两个独立的地震学家研究小组，试图寻找到有关的地震学支持证据，他们的研究结果分别发表于1996年的Nature与Science，其获得的地震学证据都表明，现阶段地球的内核自转速度，一般地要快于整体地球的自转速度，其快速程度的上限分别被估计为：大约300年和120年左右快那么一圈（图二）。

       打个比方，如果每200年地球内核较整体地球的转速快一圈，这种情况意味着，设想一开始有两个都生活在北京这个经纬度位置的人，一个人站在地球表面，另一个人站在地球的内核表面。但随着时间的慢慢前移，生活在内核表面的那个人，便会越来越早一些地较地表之人，看到太阳的东升西落；这样累积至200年后，生活在内核表面的那个人，便会看到太阳从东方的地平线上多升起一次。

       自1996年之后，包括最初的两个研究小组在内的更多研究小组，对此进行了持续的跟进研究。不过，这一系列有关地震学方面的研究结果，基本上给出了一个逐渐变小的趋势估计，大致到超过约5000年快一圈，可能要超过1万年才快那么一圈的程度；部分研究甚至得不到一个明确的地震学支持证据。

       需要说明的是，我们站在地球表面观测到的地球磁场之变化规律，即近地表地球磁场一直变化，并且存在倒转的情况，与我们进入到远离地球的外太空中，所观测到的地球磁场情况，具有极大的不同；后者的最大特点就是，环绕地球磁极的N极方向，恒定指向地球的地理南极之上方。

主要参考文献：

1、Glatzmaier G A and Robert P H, 1995, Nature, 377, 203-209.

2、Song X and Richards P, 1996, Nature, 382, 221-224.

3、Su W et al., 1996, Science, 274, 1883-1887.