全球变暖导致地球内磁尾变小：地磁场强度长期减弱原因

                           吉林大学：杨学祥，杨冬红

       研究表明，20世纪80年代全球迅速变暖与平流层臭氧急剧减少密切相关[5]，而60年代降温与同期平流层臭氧含量增加一一对应。地磁偶极矩近百年来减少5%，与气温变暖和臭氧减少相对应，而60年代地磁偶极矩波动变化。这表明，地磁变化、臭氧变化和气温变化起源于同一变化机制。地磁层阻挡太阳高能粒子进入大气层是强地磁场对应冷气候的原因。

       除了温室效应之外，全球变暖可能地磁场减弱有关。历史数据表明，温暖气候不仅与大气中高浓度的温室气体对应，而且与低强度的地球磁场对应；反之，寒冷气候不仅与低浓度的温室气体对应，而且与高强度的地球磁场对应。

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。

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。

为什么冰期和地磁增强一一对应

      我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。

       近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率最大时对应冰期的出现。强磁场对大气也有保护作用。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-436350.html

       米兰科维奇循环的天文冰期理论：火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期，地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期，金星处于轨道偏心最小的极热期时期。

        轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环）

        在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，目前没有成为金星目前状态的可能。

        地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率最大时对应冰期的出现。强磁场对大气也有保护作用。强磁场产生的原因是，较大地球公转偏心率导致地球内磁尾变大，绕内核旋转的多余电子增多，这是地磁场的起源于地球内磁尾和外磁尾中电子绕地旋转的证据。

   与此相反，地球公转轨道偏心率变小时，导致地球气尾和内磁尾变小，大气浓度增大，全球变暖，绕内核旋转的多余电子变少，这是地磁场的起源于地球内磁尾和外磁尾中电子绕地旋转的新证据。

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

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-996823.html 

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1295007.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1317774.html 

气候变化被忽略的重要因素：地磁场强度的长期减弱（转载）

已有 5621 次阅读 2009-9-22 16:05 |个人分类:科普文章|系统分类:科普集锦| 气候变化, 地磁, 臭氧

气候变化被忽略的重要因素：地磁场强度的长期减弱
 
杨学祥
 
光明观察刊发时间： 2007-6-10 15:39:42 http://guancha.gmw.cn 
 
美国地球物理学家进行的一项最新研究表明，地球在32亿年前就已经拥有相当强大的磁场。地球上一些特定的岩石中含有微小的长石或者石英晶体，这些纳米级的磁包合物在快速固化的过程中记录下了地磁场的信息。以往，科学家从岩石中得到的唯一数据表明，当时的地磁场强度可能只有现在的十分之一。科学家表示，这说明在地球的最早期阶段，地磁场就已经可以很好抵御太阳风，从而使地球大气层没有被逐渐剥离，地球上的生物也免于遭受致命的辐射。专家表示，对于地球早期过程的深入了解，将对大气层和生命进化研究具有重要意义[1]。该成果发表在2007年4月5日的《自然》杂志上[2]。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2日发表的第四份气候变化评估报告梗概说，从1750年开始，全球二氧化碳、甲烷以及氧化亚氮的含量一直以惊人的速度增加，目前已经远远超出工业革命前的水平。二氧化碳的增加主要是人类使用化石燃料所致，而甲烷和氧化亚氮的增加主要是由于人类的农业生产活动。最近50年来的增温迅猛很大可能是由人类活动产生的温室效应引起的[3]。

除了温室效应之外，全球变暖可能地磁场减弱有关。历史数据表明，温暖气候不仅与大气中高浓度的温室气体对应，而且与低强度的地球磁场对应；反之，寒冷气候不仅与低浓度的温室气体对应，而且与高强度的地球磁场对应[4]。

研究表明，20世纪80年代全球迅速变暖与平流层臭氧急剧减少密切相关[5]，而60年代降温与同期平流层臭氧含量增加一一对应。地磁偶极矩近百年来减少5%，与气温变暖和臭氧减少相对应，而60年代地磁偶极矩波动变化。这表明，地磁变化、臭氧变化和气温变化起源于同一变化机制。地磁层阻挡太阳高能粒子进入大气层是强地磁场对应冷气候的原因[5-8]。

根据米兰科维奇天文冰期理论，地球轨道三要素有2（近日点进动周期）、4（黄赤交角周期）、10万年（地球公转轨道偏心率周期）的变化周期；冰芯同位素测量得到冰期与间冰期的气候变化也有2、4、10万年变化周期；地磁场强度也有2、4、10万年变化周期[9-12]。近百年来全球变暖可能与地磁场减弱有关。

新华网2002年4月2日专电：日本政府系统的产业技术综合研究所日前发表新闻公报，称该所对230万年的海洋沉积物进行测定后认为，地磁在以10万年为一个周期发生着变化。公报说，这些海洋沉积物是从新几内亚岛附近海底取出来的，长度达42米。该所科学家山崎俊嗣等使用高灵敏度的磁强计对其中的微粒进行了测定，结果发现，地磁强度和磁倾角在以10万年为一个周期发生着变化，这与地球公转的椭圆形轨道的变化周期及冰河期的变化周期相一致。据认为，这是沉积物中所含有的磁铁矿等的微粒受到了地球公转轨道变化及冰河期变化的影响的结果[13]。

新的模拟结果支持这样的观点：南极洲上空臭氧层的减少对南极的气候变化负直接责任。环绕南极的西风在最近几个十年中增强了。模拟的结果与观察到的气候变化一致，表明平流层的臭氧减少事件最终会影响到地球表面的气候[14，15]。这为我们在1999年提出的“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”提供了证据[5，8，11,12]。

太阳活动的循环变化对气候变化非常重要，臭氧在很大程度上放大了太阳活动周期的效应。到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。太阳活动最强时，更多的射线照到地球。太阳辐射的变化幅度很可能只有0.1%~0.3%，但是，氟里昂、增强的太阳风和南极大气涡旋大量破坏南极臭氧，“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”使平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢。这是赤道高空风产生的一个原因[5，8，11,12]。

科学家的近期研究表明，地球磁场正在迅速减弱。在过去的160年里，磁场强度令人吃惊地下降了10%。12月11日美国地球物理协会会议上的一份报告指出，即使这只是个暂时现象，地球的大气层也可能会受到某种损害。磁场减弱使得地球容易受到来自太阳和太空的高能粒子的伤害。当太阳粒子长驱直入到地球已被削弱的磁场保护罩中去的时候，越来越多的卫星可能遭到破坏。计算机模型也表明，如果偶极子磁场继续减弱，大规模太阳风暴中的质子流将在几个月至数年内毁掉地球高纬度地区40%的臭氧[16，17]。

科学时报2007年6月6日讯工业革命以来的400年中，在人类活动的作用下，温室气体排放导致的全球变暖有明显上升趋势。这一增暖现象引起了科学界和人类社会的极大忧虑。然而，由美国国家科学院、国家工程院、国立医学研究院和国家研究理事会联合组成的“过去2000年地表温度重建委员会”，对过去2000年温度重建结果进行评估后认为，当前全球变暖的幅度是否超出自然变率的范围还有待商榷。人类究竟处于地球演变历史的哪个周期之中，它在地球演变历史上的地位和作用如何，科学家还有许多尚未解答的问题。该成果的研究报告已于2006年底以美国国家科学院国家研究理事会的名义公开发布，并由美国国家科学院出版社正式出版[18]。

葛全胜等利用中国物候记载重建了过去2000年中国东部的温度，认为中国汉唐和宋元时期比较温暖，其中元初比20世纪80年代以来的温度约高1℃。该成果与Mann等人“20世纪后期是过去1000年以来北半球最温暖时段”的观点不符，在《全新世》上发表后，曾引起国际全球变化领域的较大反响[18]。

葛全胜说：“这说明，我们对全球变化的认识和研究还有很长的路要走。”不仅如此，温室效应的过渡夸张也有悖于气候历史和气候演变的基本理论。我们多次提出，地磁场强度的长期减弱是气候变化中被忽略了的一个重要因素，它可能是气候变化的地球轨道理论的指示器[9，19]。

参考文献

1．王瑀。地质学家研究发现：幼年地球拥有强大磁场。中国地震信息网。供稿源自：中国地质环境信息网 http://www.csi.ac.cn/kjdt/kjdt/458.htm

2．任霄鹏。《自然》：地球幼年期就拥有强大磁场。2007年4月06日 气象港。

http://qxg.com.cn/n/?fc=nd&cid=0&nid=11847

3．卢苏燕。联合国报告得出结论：全球变暖90%是人惹祸。2007年02月03日 10:48 新浪科技http://tech.sina.com.cn/d/2007-02-03/10481368291.shtml

4．E. E. Milanovssky. 地球脉动——表现、级别及与古地磁的联系。地学前缘。1997，4（3）：47-64

5．杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48

6．杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45（增刊）：33~42

7．杨学祥. 厄尔尼诺——构造运动的周期证据. 中国学术期刊文摘, 2000, 6（2）：201~203

8．杨学祥. 全球变暖、构造运动与沙漠化. 地壳形变与地震. 2001, 21（1）：15~23

9．杨学祥.关注全球灾害频发的地磁环境 (2004-2-24) .光明网.光明观察.http://www.gmw.com.cn/3_guancha/2004-2/24/964001.htm

10．Channell J E T, Hodell D A, McManus J and Lehman B. Orbital modulation of the Earth’s magnetic field intensity. Nature. 1998, 394: 464-468

11．杨学祥, 陈殿友. 地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期. 见：中国地球物理学会年刊2000. 武汉：中国地质大学出版社, 2000. 307

12．杨学祥. 地磁层和大气层漏能效应. 中国学术期刊文摘, 1999, 5（9）：1170~1171

13．日科学家发现地磁变化周期为10万年。中国教育和科研计算机网。据新华网 　　 http://www.edu.cn/20020402/3024090.shtml

14．Nathan P. Gillett and David W. J. Thompson. 2003. Simulation of Recent Southern Hemisphere Climate Change. Science. 302: 273-275.

15．David J. Karoly. 2003, Ozone and Climate Change. Science. 302: 236-237.

16．琛航编译。美科学家发现地球磁场正在不明原因迅速减弱。新浪科技讯。转自《新浪网》http://nst.pku.edu.cn/article.php?sid=4125

17．Irion. Earth's Waning Magnet. ScienceNOW 12 December 2003: 1

18．全球变暖幅度未必超出自然变率范围。2007年6月06日 气象港。据中国科技信息网站。

http://qxg.com.cn/n/?cid=0&nid=13107&fc=nd

19．杨学祥. 全球变暖可能与地磁场减弱有关. 2007-6-7上海环境热线.绿色论坛. http://www.envir.gov.cn/forum/2007/200711517.htm

http://guancha.gmw.cn/show.aspx?id=4682

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257154.html