地球磁极在快速移动:谁干扰了地球磁场? 吉林大学:杨学祥,杨冬红
地球的主磁场会周期性地逆转方向。这种极性颠倒在地球的历史上间隔不规律地发生过几百次,最近一次大约在 78万年前。美国科学家通过研究古代火山岩发现,浅核磁场( shallow core field)可能影响主磁场是否发生逆转及其方式。当主磁场削弱时,它就变得极为重要。证据表明,现在正在接近这样的一个过渡状态,因为地球主磁场处于相对较弱,且正在快速减弱的阶段。
第四纪冰期的 5个亚冰期与地磁反向期有很好的对应关系。伏尔姆亚冰期( 2-12万年)中的两次峰值与布容正向期中的 Lashamp( 2万年前后)和 Xzone( 10.8-11.4万年内)两次反向事件相对应。里士亚冰期( 25-38万年)与 Vzone反向事件( 33-35万年)相对应。滚兹 -明德尔间冰期( 80-93万年)与松山反向期的 Jaramillo正向事件( 87-93万年)对应。亚冰期与地磁反向事件或地磁反向一一对应(见表 1)。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-838450.html
在太阳磁场的挤压下,伴随地球自转,外核中的内磁尾环绕内核旋转,内磁尾(外核尾)里的多余电子环绕内核旋转而产生地球磁场。 或许与地球外磁层类似,电子携带的负电荷与质子携带的正电荷分布在内磁尾 (外核尾) 的不同高度。最合理的解释是,内磁尾 (外核尾) 集中了一种电荷,电子携带的负电荷或质子携带的正电荷,电荷极性的改变导致地磁极性倒转。
太阳风的强度变化,外核表面的形状变化,影响外核尾的自转速度,干扰了地球磁场。
相关报道
地球磁极在快速移动,对地球和上面的生物会产生什么影响? 2022-03-03 07:39
现在网络上有很多关于NASA“地球磁极开始翻转,人类末日来临”这样的报道,其中这是不准确的,NASA并未说过这样的话。早在2011年的时候,NASA官网曾经发布过这样的一篇文章:“Pole Reversal Happens All The (Geologic) Time”,意思是地球磁场的偏转,是在任何时间都在发生的现象。问题中所列的关于“地球磁极开始翻转,人类末日来临”的说法,其出处应该是在一个质疑一切科学理论的UFO网站里,其内容也几乎是东拼西凑得来的,大家一定要擦亮眼睛呀。
对于地球磁场变化的相关研究
从18世纪世界地图开始量产以后,有关地图制造商就逐渐已经意识到地球磁场的变化,所以每隔一段时间,他们就会重新绘制有关地图的地标和港口,从而重新记录崭新的罗盘方位。自此以后,大量地质学家也根据专业所长,即通过检测地层岩石中具有磁性的微小化石痕迹,来判断地球磁场的漂移。
根据研究的结果,地球的磁南极,200年左右的时间,已经在原本地理北极附近已经徘徊了1000多公里,而且现在的速度虽然有放缓,但是与有监测记录的历史年代相比仍然快了很多倍。据此推测,地球在80万年前,磁南极和磁北极的方向与现在正好相反。而在历史时期地球磁场可能100万年发生偏转一次,而偏转的持续时间达到50万年,现在这个进程已经在加快,估计20万年可能就会发生一次,偏转的持续时间为10万年左右。
目前关于磁场变化研究比较深入的主要有两大阵营,一个是以丹麦行星科学中心为首的欧洲阵营,他们发现现在地球磁场的变化速度非常快,与200年前相比磁场强度衰减了近10%,而且在大西洋和北冰洋中出现了磁场“空洞”。另一个是俄罗斯的科学家,他们也监测到地球磁场的变化非常迅速,其磁南极已经从上世纪的90年代所处的位置,向西伯利亚地区漂移了200多公里,比100年前漂移速度要快3倍以上。
地球磁场的形成机制
关于地球磁场是如何形成的,这一直以来都是科学界趋之若鹜的重要研究课题,但始终没有得到统一的结论。不过,主流的观点认为,这是由于地球内部不同圈层的相互运动所产生的。
地球从内到外,依次分为地核、地幔和地壳三大组成部分,而地核又分为内地核和外地核,通过科学研究表明,内地核在高温高压下以固态的铁、镍为主要组成物质,而外地核则是由大量的熔融态的铁、镍等组成,这些液态的金属物质紧紧包裹着固态的内核。
在地球自转的作用下,固态的内地核和液态的外地核之间的转速产生了一定差异,由于铁、镍都属于铁磁性物质,在自转速度差异的情况内地核与外地核之间就会形成相对速度差,能够产生相应的地核弱电流,从而使初始微弱磁场的磁性进一步增强,地球的内部相当于一部巨大的“液体磁力发电机”,对外就表现出了地球的磁性,形成相对稳定的地球磁场。
而地球内部毕竟不是完全像稳定的磁铁那样,它的物质组成、物质流动状态,在地球的自转作用下,不可能呈现完全均匀、各向同性的状态,因此,产生的磁场在相对稳定的同时,也具有一定的波动性,从而呈现出强弱以及磁极的周期性变化。
磁场翻转所需要的时间
从科学家们对1000多万年以来地球磁场变化的相关研究可以看出,每过100万年地球的磁场将会翻转4次,也就是说平均每25万年地球的磁南极和磁北极就会互换位置。而上一次地球的磁场翻转距今已经70多万年了,这意味着如果按照这种规律来推测,地球最新一次的磁场翻已经推迟了近50万年,而为何会出现这样的情况,科学家们还不得而知。有的科学家基于这种情况,提出了地球磁场的翻转并非严格遵守固定时间规律的观点,只要达到一定的临界条件,即可实现磁场方向的改变,其中的时间跨度有可能是1000年,也有可能是几万年。
但有一点,科学家们达成了一致,那就是磁场翻转的临界条件,即磁场强度下降到峰值的10%,就可实现磁极的跳跃,之后进入重新恢复期,磁场强度在新的磁极下实现缓慢增加。
磁场翻转会带来哪些影响
磁场翻转需要长时间的酝酿期,然后才能进入实质性的翻转期,而我们现在看到的磁南极朝着西伯利亚地区快速漂移,有可能是已经进入了比较活跃的酝酿期阶段。而这个酝酿期,从对以往磁场翻转的研究来看,时间跨度会非常长,而且地球上随着纬度的不同,这个时间也会有所差别,比如两极地区有可能是1万年,赤道地区较短则可能只有5000年,在这么长时间的酝酿过程中,磁场强度的逐渐降低,对于各种生物的适应上不会带来太大麻烦。科学家们针对上次磁极翻转过程的研究,从深海沉积物核心物质反映地球冰川的变化角度来分析,并未看到冰川的状态有明显变化,从而表明磁极的翻转不会对地球的温度产生什么影响。
因此,科学家们判断,磁场的翻转是一种地球在宇宙运转过程中的正常现象,在漫长的酝酿期内不会对地球的自然环境产生明显冲击,更不会造成生物大灭绝的问题。只不过在实际翻转期内,由于磁场的瞬间转换,会对来自外界的太阳风的阻挡能力产生一定的“空档期”,或许会造成臭氧层变薄、导航和通讯效能降低、人类皮肤病几率提高以及有些动物生活行为方式的改变等问题,但是这个“空档期”的时间较短,而且地球还有浓密的大气层保护,不会因磁场减弱、高能粒子冲击加强而对地球及其生物造成大规模的明显伤害。
https://www.sohu.com/a/526759933_121235475
冰期时冰盖集中在两极,加快地壳地幔自转速度,干扰了地磁场。
第四纪冰期的 5 个亚冰期与地磁反向的对应关系
近年来全球强震频发,林中斌认为发生这一系列灾难的根本原因是由于地磁引起的。二千年以来全球磁场持续减弱,而最近 150多年地磁强度下降了 10%-15%。南大西洋出现地磁异常区,其磁场减弱达 35%,地球磁极弱化,处于“磁极翻转”的雏形阶段,这可能是地球发生许多灾变和异常现象的深层原因。
表 1冰期和地磁反向时间对比
地球的主磁场会周期性地逆转方向。这种极性颠倒在地球的历史上间隔不规律地发生过几百次,最近一次大约在 78万年前。美国科学家通过研究古代火山岩发现,浅核磁场( shallow core field)可能影响主磁场是否发生逆转及其方式。当主磁场削弱时,它就变得极为重要。证据表明,现在正在接近这样的一个过渡状态,因为地球主磁场处于相对较弱,且正在快速减弱的阶段。
第四纪冰期的 5个亚冰期与地磁反向期有很好的对应关系。伏尔姆亚冰期( 2-12万年)中的两次峰值与布容正向期中的 Lashamp( 2万年前后)和 Xzone( 10.8-11.4万年内)两次反向事件相对应。里士亚冰期( 25-38万年)与 Vzone反向事件( 33-35万年)相对应。滚兹 -明德尔间冰期( 80-93万年)与松山反向期的 Jaramillo正向事件( 87-93万年)对应。亚冰期与地磁反向事件或地磁反向一一对应(见表 1)。
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结论
综上所述,近百年来的全球变暖是地磁减弱的主要原因,伴随全球气候进入温暖期,地球磁场的极性反转不可避免,类似中生代的全球气候温暖期和地磁正相期正在缓慢而有序地到来,期间将有目前地磁反向时期中频繁发生的地磁正相事件:反向事件发生意味着气候变冷,正相事件发生意味着气候变暖。
参考文献
杨学祥 , 陈殿友 ,寇艳春 . 地应力地磁场与地震 [J]. 东北地震研究 , 1995, 11 (2): 23-30.
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杨学祥 , 陈殿友 .火山活动与天文周期 [J]. 地质论评 , 1999, 45(增刊) :33-42.
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杨冬红 , 杨德彬 ,杨学祥 . 地震和潮汐对气候波动变化的影响 [J]. 地球物理学报 , 2011, 54 (4): 926-934.
YANG Dong-hong, YANG De-bin, YANG Xue-xiang. The influence of tides and earthquakes inglobal climate changes [J]. Chinese J.Geophys, 2011, 54 (4): 926-934.
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杨冬红 , 杨学祥 .2011. 灾害频发和地磁减弱的关系 . 世界地质 ,30 (3): 474~480.
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杨冬红 , 杨学祥 .2013.a 地球自转速度变化规律的研究和计算模型 . 地球物理学进展 , 28( 1): 58-70。
Yang D H, Yang X X. 2013a.Study and model onvariation of Earth’ s Rotation speed. Progress inGeophysics (in Chinese), 28( 1): 58-70.
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太阳活动减弱,地球内磁尾和外磁尾变短,核幔边界形状变化,干扰了地球磁场。
在太阳磁场的挤压下,伴随地球自转,外核中的内磁尾环绕内核旋转,内磁尾(外核尾)里的多余电子环绕内核旋转而产生地球磁场。 或许与地球外磁层类似,电子携带的负电荷与质子携带的正电荷分布在内磁尾 (外核尾) 的不同高度。最合理的解释是,内磁尾 (外核尾) 集中了一种电荷,电子携带的负电荷或质子携带的正电荷,电荷极性的改变导致地磁极性倒转。
太阳风的强度变化,外核表面的形状变化,影响外核尾的自转速度,干扰了地球磁场。
科学家发现地球内部长出了两个巨大的“肿瘤”,不知是何物 原创 小艾科技说 2019.3.11
地球内部有两个巨大的“肿瘤 ”,它们大如一个洲,高度相当于珠峰的百倍。上世纪70年代,科学家 通过地震波 探测,发现了它们的存在。但时至今日,仍然无人知晓它们究竟是什么。
这两个“肿瘤”位于地表和地心间距离的一半处。用专业术语来讲,它们叫“大型低速切变区”(Large low-shear-velocity provinces),因为当地震波 穿越这些区域的时候,传播速度总是会下降。
马里兰大学 的地质学家Ved Lekic表示,它们是地球内部最大的结构存在,但至今人们都不知道它们是什么,从何而来,存在了多久,以及会对地球产生什么影响。
这两个“肿瘤”的基部位于下地幔和外地核的交界处。下地幔基本上由可塑性物质组成,而外地核是液态的。一个“肿瘤”位于太平洋下方,另一个位于非洲和大西洋下方。每一个“肿瘤”的顶部都位于地幔厚度的一半处。
http://www.yidianzixun.com/article/0LTE0xyX
太阳风压缩地球外磁层形成外磁尾
据网上资料料,地磁场是指地球内部存在的天然磁性现象。地球可视为一个磁偶极( magnetic dipole ),其中一极位在地理北极附近,另一极位在地理南极附近。通过这两个磁极的假想直线(磁轴)与地球的自转轴大约成 11.3 度的倾斜。地球的磁场向太空伸出数万公里形成地球磁圈的外磁尾。地球磁圈对地球而言有屏障太阳风所挟带的带电粒子的作用。地球磁圈在白昼区 ( 向日面 ) 受到带电粒子的力影响而被挤压,在地球黑夜区(背日面)则向外伸出。值得关注的是,地球磁圈的外磁尾是绕地旋转的。
图 1 磁层结构示意图:太阳风压缩地球外磁层形成外磁尾(网上图片)
地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分,起源于固体地球内部,比较稳定,属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于固体地球外部,相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。
当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时,远距离通讯将受到严重影响,甚至中断。假如没有地磁场,从太阳发出的强大的带电粒子流(通常叫太阳风),就不会受到地磁场的作用发生偏转,而是直射地球。在这种高能粒子的轰击下,地球的大气成份可能不是现在的样子,生命将无法存在。所以地磁场这顶 “ 保护伞 ” 对我们来说至关重要。
太阳风压缩地球内磁层形成内磁尾
黄赤交角是地球公转轨道所在的平面即黄道面与地球赤道面的交角。在每年 6 月 20 日左右的夏至(地球公转轨道远日点),太阳光直射北回归线 22.4 度,北极为极昼,南极为极夜,光压和太阳风导致地壳和地幔向南半球移动,迫使内核向北半球移动;每年 12 月 20 日左右的冬至(地球公转轨道近日点),太阳光直射南回归线 22.4 度,北极为极夜,南极为极昼,光压和太阳风导致地壳和地幔向北半球移动,迫使内核向南半球移动。这是地球内核南北震荡一年周期形成的原因。
由于 太阳系轨道周期和地球轨道周期,地球内核振动具有 1 天、 1 月、 1 年、 18.6 年、 29.8 年周期,还有 2 、 4 、 10 、 40 、 50000 万年的南北方向振动周期以及 1 万多年和 2 亿多年的地核向心和离心振动周期。太阳风和太阳斥力是地核定向振动、大陆南北漂移和地球南北反对称分布的动力。
图 2 太阳风和光压挤压地壳地幔和地球内磁层形成地球内磁尾(外核尾)以及相对地核、地壳和地幔背光旋转,摩擦生热维持磁场能量消耗。
地磁场的起源:地球内磁尾和外磁尾中电子绕地旋转
地球存在磁场的原因还不为人所知,普遍认为是由地核内液态铁的流动引起的。最具代表性的假说是 “ 发电机理论 ” 。 1945 年,美国物理学家埃尔萨塞根据磁流体发电机的原理,认为当液态的外地核在最初的微弱磁场中运动,像磁流体发电机一样产生电流,电流的磁场又使原来的弱磁场增强,这样外地核物质与磁场相互作用,使原来的弱磁场不断加强。由于摩擦生热的消耗,磁场增加到一定程度就稳定下来,形成了现在的地磁场。
还有一种假说认为铁磁质在 770 ℃(居里温度)的高温中磁性会完全消失。在地层深处的高温状态下,铁会达到并超过自身的熔点呈现液态,决不会形成地球磁场。而应用 “ 磁现象的电本质 ” 来做解释,认为按照物理学研究的结果,高温、高压中的物质,其原子的核外电子会被加速而向外逃逸。所以,地核在 6000K 的高温和 360 万个大气压的环境中会有大量的电子逃逸出来,地幔间会形成负电层。按照麦克斯韦的电磁理论:电动生磁,磁动生电。所以,要形成地球南北极式的磁场,必然需要形成旋转的电场,而地球自转必然会造成地幔负电层旋转,即旋转的负电场,磁场由此而生。
这一假说的致命弱点是, 地幔间形成负电层 相对于地壳和地幔是固定不动的,并没有旋转,因此不能形成地球磁场。
1998 年我们发现,太阳风压缩地球磁层产生背光的外磁尾和内磁尾,是环绕地球各圈层旋转的,包括地壳、地幔和固体内核。内磁尾和外磁尾中的带电粒子绕核旋转、绕地壳地幔旋转,形成地磁场。这一发现发表在参考文献的论文和论著中。内磁尾是当时的定义,现在看来,称为“外核尾”比较准确。
在太阳磁场的挤压下,伴随地球自转,外核中的内磁尾环绕内核旋转,内磁尾(外核尾)里的多余电子环绕内核旋转而产生地球磁场。 或许与地球外磁层类似,电子携带的负电荷与质子携带的正电荷分布在内磁尾 (外核尾) 的不同高度。最合理的解释是,内磁尾 (外核尾) 集中了一种电荷,电子携带的负电荷或质子携带的正电荷,电荷极性的改变导致地磁极性倒转。
参考文献
1 . 杨学祥 , 陈殿友 , 宋秀环 . 太阳风、地球磁层与臭氧层空洞 . 科学(中文版) , 1999, ( 5 ): 58~59
2 .杨学祥 , 陈殿友 . 地球差异旋转动力学 . 长春:吉林大学出版社 . 1998.79,88,103,113,155,174,196
3. Yang, Xuexiang, Chen Dianyou, Gao Yanwei, Su Hongliang and Yang Xiaoying, et al, Geophysical and Chemical. Evidence in the Depletion of Ozone. J. Geosci. Res. NE Asia, 1999, 2 (2): 121~133.
4. 杨学祥,等. 对地球质心偏移及板块驱动力的讨论. 长春地质学院学报.1993,23(4):470-475.
5. 杨学祥. 臭氧洞漏能效应及其形成原因. 见 : 中国地球物理学会年刊 1999 , 合肥:安徽技术出版社, 1999 , 191
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https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1295007.html
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