南极缘何出现臭氧空洞

　　地球对于其养育的生命可谓是关怀备至了。太阳光中过量的紫外线对生物有伤害作用，大气层中就有一层很薄的物质——臭氧层，对它进行阻挡，而到达地面的紫外线不仅不会对生物不利，对人类来说，这部分紫外线还能促进钙的吸收，有“天然钙片”的美誉。

　　不过，随着人类活动，特别是氟氯碳化物和海龙等人造化学物质被大量使用，对臭氧层产生了破坏作用，在南北两极上空臭氧数量下降幅度最大。在南极上空，约有2000多万平方公里的区域为臭氧稀薄区，其中14公里至19公里上空的臭氧减少量达50%以上，科学家们形象地将之称为“臭氧空洞”。

　　为什么臭氧空洞只出现在南极，或者说为什么南极的臭氧量下降得特别多呢？首先，南极臭氧洞是一种自然现象，温暖的海水蒸发、电解等生成的氯离子和天然产生的溴都是破坏臭氧层的重要物质。其次是人类活动导致臭氧洞进一步扩大，例如，氯气、氯化物、溴化物的制造使用，人类活动导致的全球变暖使海洋蒸发量加大、热带风暴加剧、海平面上升和地震火山活动增多等。而在南极地区，特殊的自然环境为臭氧空洞的形成推波助澜。原来，在冬季半年里，南极上空有一个深厚的涡旋，气流沿着南极高原作顺时针旋转，把南极大陆封闭起来，从赤道来的富含臭氧的气流进不了南极上空。而在涡旋中上升的空气，在上升过程中气温急剧下降，再加上南极高原本来就海拔高、气温低，因而形成极低的低温环境，臭氧层所在的 20公里高度上的气温常常在零下80℃以下（比北极要低得多）。南极大气涡旋中的空气在上升过程中还会生成大量的冰晶云，云中的冰晶不断吸收扩散到南极的氯氟烃气体，只进不出的堆积效应导致有害成分的浓度越来越高。一旦南极春季（9月）来临，极夜结束，在阳光的照射下冰晶云升温，氯氟烃气体迅速释放，氯氟烃分子在紫外线照射下开始释放氯原子，臭氧层受到破坏的过程立即开始，臭氧层因大量损耗臭氧而出现可怕的臭氧洞。一旦春末南极涡旋残缺或破坏消失，大量富含臭氧的从赤道南下的新鲜空气进入南极上空，臭氧洞便又匆匆消失了。

　　毋庸置疑的是，臭氧空洞的出现严重威胁着南极本已十分脆弱的生物链，而除了人类活动和气象因素外，最新的研究发现，太阳风暴同样会助长臭氧空洞的形成。由于地球两极地磁场的特殊形态，太阳风暴所裹挟的带电粒子能够在这里冲入地球大气层，破坏上层的臭氧层。

　　美国国家航空航天局的研究发现，一旦这些太阳风暴形成的高能带电粒子冲击到上层大气层，就会分解氮气分子，形成氮氧化物。这些氮氧化物可以在几周甚至几个月内长期存在，并破坏高度为15公里至50公里的上层同温层中9%的臭氧。太阳质子还会分解大气层中的水分子，形成氢化物。这些氢化物可以破坏高度为50公里至90公里的中间层中70%的臭氧。但这些氢化物只在发生太阳质子事件时存在。然而，中间层和上层同温层中的臭氧含量较少， 80%以上保护地球的臭氧存在于高度为15公里至35公里的中低层同温层中。美国科学家搜集到的卫星数据表明， 2003年11月发生的一次强太阳风暴对极区上空臭氧层造成了长达8个月的破坏，2004年的臭氧水平已经降低到正常年份春季水平的40%。

　　随着人类对臭氧层研究的深入，对臭氧层消失的担忧已经逐渐减弱。人们已经认识到，臭氧层的变化是一个与多种因素相关的自然过程，自然过程可以对臭氧层的破坏进行修复，但无节制地使用氯氟烃制剂必然导致臭氧层的损失。因此，包括削减碳排放等在内的一系列综合环境保护措施是自然界可持续发展的重要举措，需要持之以恒地执行下去。 （来源于2010年9月17日《中国气象报》 作者：王素琴）

https://www.cma.gov.cn/kppd/kppdqxyr/kppdjsqx/201211/t20121128_192965.html

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1418042

        极地涡旋是如何发生的？是大气流动的结果，是太阳风压缩地球各圈层，形成差异旋转的结果。

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地球内核反向旋转周期：6年、12年、20年、30年、70年

已有 1884 次阅读 2023-2-3 18:15 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

         地球内核反向旋转周期：6年、12年、20年、30年、70年

                                                                 杨学祥

动态：地球内核旋转方向每六年变化一次

2022-06-16 08:33:12 科技日报-

       长期以来，科学家们对地核的认识不断深入。18世纪末，科学家根据密度测量数值认为地球有一个金属核心。但1936年，丹麦地球物理学家英厄·莱曼证实地球实际上有一个液态外核和一个固态内核。20世纪90年代，科学家们提出，地球内核旋转的速度比地球其他部分更快——每年大约1度，这一观点如今已为人们普遍接受。

       研究论文合著者、南加州大学地球科学系主任教授约翰·维代尔也支持这一观点，他在研究中更进一步宣称，地球内核的旋转速度会随着时间的变化而变化，而且，如同之前其他科学家所提出的，根据一个地球日时长和地球磁场强度的微小变化判断，内核旋转方向每6年变化一次。

      维代尔及其同事对比了美国空军设在蒙大拿州的大孔径地震台阵1969—1974年间一系列试验后收集的数据。结果发现，地球内核的旋转速度比之前预测得要慢，大约每年0.1度。

      维代尔说：“我们对地震数据进行的分析揭示，地球内核在1969—1974年这6年间改变了方向。1969—1971年，地球内核旋转速度稍慢；1971—1974年，地核向另一个方向移动。我们还注意到，一个地球日的长度会如预期的那样增长和缩短。”

      这项最新研究标志着科学家们首次通过直接地震学观测，证明地核旋转方向每6年变化一次。维代尔说：“地核不是固定不动的，它在我们脚下移动，而且似乎每6年就来回移动几公里。未来，我们计划找到足够精确的观测结果与最新结果进行比较，以进一步了解地核如何形成，以及它如何随时间移动。”

http://tt.hnmdtv.com/keji/2022/0616/1644728062022.html

研究表明：每隔35年，地球内核就会开始反向旋转，属于未解之谜 

2023-01-29 16:09

地球在宇宙中的运动十分多样，除了我们熟知的公转和自转，地球内核其实也在缓慢旋转，近日，中国科学家在国际学术期刊《自然》杂志刊文称，内地核的自转方向可能已经和地球整体的自转方向脱钩，开始了反向旋转。

过去，人们一直认为内地核的转速的是恒定的。虽然在过去几十亿年的历史中，它的地壳和地幔可能会时不时发生些变化，但考虑到地球稳定的质量和能量，科学家认为地核应该会保持稳定的自转。

去年七月，美国南加州大学地球科学院教授John E. Vidal打破了这一想法，他利用新开发的波束形成技术，分析了苏联在1971年到1974年四年间在北极群岛进行地下核试验时产生的波束，发现地核的旋转速度要比之前预测的慢一些，大约为每年0.1度。

随后，他利用同样的方法分别测量了1969年和1971年在阿拉斯加群岛进行的两次核试验，分析了核爆炸产生的纵波后，他发现内核的自转方向有些颠倒了，每年至少旋转十分之一度，这说明地球的内核不是固定不动的，而是每几年就会前后移动几公里，在外地核中反复震荡。

这项研究近日在我国又有了新的进展，北京大学的研究人员分析了近六十年的地震波数据，发现内地核实际上可能在2009年就已经停止转动，如今在朝着相反的方向旋转。

研究人员表示，他们认为内地核大约每35年就会改变一次自转方向，每70年就会完成一次震荡周期，这意味地球上一次改变自转方向大约在20世纪70年代初，恰好与之前美国科学家的研究结果相吻合。

不过具体的振荡周期目前还不能下定论，有些科学家认为振荡周期只有12年，有些则认为可能在20到30年左右，还有人认为地核的震荡实际上毫无规律，虽然我们对地球内部的研究从未中止，但它仍然存在着许多谜团。

上世纪七十年代，美苏冷战中美国在探索太空上的巨大成就给苏联带来了不小的压力，苏联试图从其他方面取得一些成果，其中一项就是勘探地球内部的科拉钻井。

一台钻机安装在杆子下面，不断的向下旋转并输送挖出来的物质。这就是科拉钻井的原理，听起来十分简单，但在实际操作上却有着不小的困难。

众所周知，地球由地壳和地幔以及地核三部分组成，地壳又能分为上层和和下层，其中上层主要由密度较小的花岗岩组成，到了下层就由密度较高和比重较重的玄武岩组成，当钻头遇到这些坚硬的岩石时，就会逐渐磨损，从而每隔一段时间就需要更换钻头。

如果说磨损造成的成本加大还能克服，但技术不到位就无法克服了，越向地球内部进发，就越靠近地核，温度和压力也就越大，而人类目前还没有什么特殊的金属材料能够耐住近万摄氏度的高温。

在诸多因素的影响下，苏联最终于1994年停止了这项工程，而它的深度还不及地壳的十分之一，要想进入地球内部实地勘测，目前还是难以实现的，那科学家又是如何在地表就能确定地球的内部结构呢？

这一切都要归功于地震时所产生的地震波，当地震发生时，从震源传出的震动会向四周辐射弹性波，地震波的性质和声波以及水波有些相似，比如水波在碰撞到岸边时会从边界反射回来，而地震波同样也会在边界被反射或折射。

地震波有它自身的传播方式，分别是横波和纵波。横波速度较慢，但可以使地面前后晃动，它既能通过固体传播，也能通过液体和气体传播，纵波的速度较快，但传播介质只有固体，通过分析地震波的图像，科学家就能大致确定地球内部的形态和物质构成。

经过漫长的研究之后，科学家对地幔和地壳都已经有了不少的了解，但地核依然保持着它的神秘感，目前的理论认为，地核由外地核和内地核组成，外地核是流动的液态铁镍，厚度约2080公里，我们的磁场正是由它产生而来。这些液态铁镍包裹着固态的内地核，其主要成分是一些固态的铁、镍等金属元素。

内地核的半径为250公里，仅相当于冥王星的大小，但它的质量却占了整个地球的16%，是地球的“心脏”，虽然如今科学家观测到这颗“心脏”似乎调转了运动方向，但目前还没有证据表明该现象会对人类造成影响。

总而言之，我们对地球内部的认知仍然是模糊的，或许地球内部还存在尚未发现的新结构。了解它们，不仅可以探寻到重金属和矿产的储藏地，还能提前防范一些火山和地震之类的灾害。

只有熟悉脚下的地球，我们才能懂得如何在这片土地上更长远的生存下去。

https://www.sohu.com/a/635272256_121203971

发现与创新：地球内核可能正在往相反方向旋转

已有 79 次阅读 2023-2-3 15:28 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

发现与创新：地球内核可能正在往相反方向旋转

                                                                杨学祥

     极地涡旋的形成

图1 极地涡旋和全球大气环流示意图

      M.B.斯托瓦斯把地球作为体积不随时间变化的不等速的二轴椭球体，计算了它的基本参数随扁率或偏心率变化而发生的变化，得出南北纬35^o线不随扁率变化而伸缩，由于其固定不变的特性而称为临界纬度。相反，南北纬62^o与赤道纬度，当地球扁率发生变化时，互为消长，称为共轭纬度[3]。0^o和62^o共轭纬度以及35^o临界纬度在大气环流和海洋环流中的特殊作用，表明地球扁率变化在大气环流和海洋环流中可能起到某中特殊作用。

      全球性地表风带和气压带由赤道向两极依次为：赤道无风带（低压带）、纬度为0-30度的南北两个信风带（贸易风带）、纬度为30-35度南北两个亚热带无风带（高压带）、纬度为35-60度左右南北两个盛行西风带、纬度60度左右南北两个多风暴带（低压带）、纬度60度以上南北两个寒带东风带与极地高压带。特别值得重视的是相邻两个风带之间的过渡带，即0度，南北30-35度，南北60度的5个纬度带，其两侧空气水平流动方向明显不同，故称为大气临界纬度。这是北纬30-35度线多灾多难的主要原因。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1173615.html

     臭氧洞悬案的提出：南极臭氧洞重返最大和北极臭氧洞异常出现

图2  太阳风压缩地磁层形成地磁内磁尾和外磁尾（杨学祥等，1997）

        太阳风不仅使地球产生磁尾，而且使地球产生气尾和臭氧洞

       臭氧洞的存在和扩大与地球公转轨道有关  

南极臭氧洞（Antarctic ozone hole）是指南极上空出现的臭氧层空洞，由英国南极考察科学家在1985年首次报道发现。这里所指的空洞，并不是说整个臭氧层消失了，而是指大气中的臭氧含量减小到一定程度。

每年的8月下旬至9月下旬，在20千米高度的南极大陆上空，臭氧总量开始减少，10月初出现最大空洞，面积达2000多万平方千米，覆盖整个南极大陆及南美的南端，11月份臭氧才重新增加，空洞消失。

1999年我们就撰文就指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为人类使用的氟利昂。这一观点发表在今年5月份出版的《科学美国人》杂志中文版上。杨教授在论文中指出，有3个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。

      根据地球公转轨道，秋分（9月22-24日）到冬至（12月21-23日），南极的极昼使太阳辐射对南极最强，产生南极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）；春分（3月20-22日）到夏至（6月21-22日，北极的极昼使太阳对北极辐射最强，易产生北极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）。其中，2010年冰岛火山的异常喷发规模最大，火山灰集中在北极，降温和破坏臭氧的作用值得关注。由于地球近日点在1月3日或4日，远日点在7月2日或3日，这是南极比北极更容易出现臭氧洞的原因，也是臭氧洞季节性变化的原因。臭氧洞应该周期性地在南北两极轮流出现。

     事实上，北半球也可能出现臭氧洞事件，历史上，北极在1997年、2011年和2020年都出现了较大规模的臭氧洞。

     地球南北极都出现过臭氧洞，证实了我们的理论。彗星的轨道是一个偏心率很大的椭圆，受太阳风压力作用，在近日点彗尾最长，在远日点彗尾最短。同样，地球轨道也是一个椭圆，在近日点气尾最长，在远日点气尾最短。这是南极臭氧洞比北极臭氧洞面积大，存在时间长的原因（见图2-3）。 

      两极臭氧洞首先是自然的产物。极夜和极昼的交替，极涡和低温条件，火山灰向极地的集中，臭氧洞在南北两极的轮换，都是自然规律运作的结果，远非人力所能控制。北半球大陆集中，人口稠密，如果《蒙特利尔议定书》的努力只是将臭氧洞从南极迁移到北极，这项成功究竟是福音还是灾难？

       2011年北极臭氧减少的背景是：太阳活动由2009年的谷值向2013年的峰值过渡，太阳高能粒子活动逐渐增强；2011年1-3月北半球受到低温暴雪的袭击，低温和北极涛动强烈；2010年3月爆发的冰岛火山喷发，巨量的火山灰不仅降低了气温，而且破坏了臭氧。

       北极臭氧洞在氟利昂停滞消耗臭氧的条件下产生，自然规律再次出人意料地证实了自身的存在，人类的努力如猴子捞月亮，劳而无功，甚至帮了个倒忙。例如，2020年3月北极出现臭氧洞，2020年9月南极出现臭氧洞，通过它们进入两极的太阳高能粒子，阻止和减弱了新冠病毒的爆发和发展。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1332162.html

       我们将面临一个不断扩大的北极臭氧洞。停止排放氟利昂没有生效，还有什么办法阻止它的扩大？

 图3 太阳风压缩大气层背光流动形成两极地区极昼时臭氧洞（或臭氧稀薄区）和极夜时气尾

      由图2-3可见，太阳风压缩大气层背光流动形成两极地区极昼时臭氧洞（或臭氧稀薄区）和极夜时气尾；太阳风压缩地磁层背光流动形成两极极夜时外磁尾和内磁尾。它们背光旋转，24小时旋转一周。 

      极地涡旋是元凶

      2020年春季北极上空的臭氧洞规模达到100多万平方公里，成为史上最大的北极臭氧洞。这次臭氧洞的产生主要是源自平流层极区异常强大的极涡，极涡隔绝了南北热量和空气交换，在极区低温环境里形成臭氧洞，随着春末极涡的分裂，臭氧洞也随之消失。

https://www.sohu.com/a/394495866_99907401

       2020南极臭氧洞变大：极地涡旋是元凶，恢复之路任重而道远。

       当平流层温度变低时，空洞内的臭氧浓度就会减少，特别是在低于–78°C的温度下形成平流层云时，这些高空云在太阳辐射的情况下有助于增加氟氯烃等化学物质的化学反应，从而导致臭氧消耗，进一步减少臭氧层。最近的极地涡旋使地球大气层保持极冷，从而形成了极地平流层云。在过去的几周中，阳光再次回到南极，该地区的臭氧层持续消耗。

       尽管2020年的臭氧空洞并不是有记录以来的最高值，小于2000年的2990万平方公里，但其意义仍然重大，洞口也是近年来最深的洞之一。研究人员表示，2020年的这一事件是由强烈的极地涡旋驱动的，不会成为永久状态，而2019年创纪录的异常小而短暂的臭氧空洞则是由于特殊的高温气象条件造成的。

https://www.163.com/dy/article/FSHKO7IV0512GVI0.html

图4 太阳风压缩大气层背光流动形成两极地区极昼时臭氧洞（或臭氧稀薄区）、极地涡旋和极夜时气尾（杨学祥，杨冬红；2022）

      太阳风压缩大气层背光流动形成臭氧洞，由于科里奥利的作用，背光流动的大气将在极昼区加强极地涡旋，形成阻止含臭氧的大气进入极区的特殊表象。极涡的低压中心进一步加剧臭氧洞的扩大。

地球内核自转是如何转向的？ 

        根据地球公转轨道，臭氧洞或臭氧稀薄区3-5月出现在北极，9-11月出现在南极。同样，大气气尾和地磁内外磁尾也在9-3月出现在北极，3-9月出现在南极，与极昼和极夜时间相一致。

        极夜时，大气气尾和地磁内外磁尾使极区大气层和地磁层绕固体地球反向旋转，减慢内核的自转速度，直至发生自转反向。南北极臭氧洞的大小是内核自转减慢和转向的指示标准。

图5 大气气尾和地磁尾导致大气层和地磁层增厚自转反向

  最新进展：内核自转减慢和转向的70年周期

     行星连珠与地球自转的对应性：行星会聚周期和地球自转速度变化      

      观测和理论分析表明，潮汐中、短周期与地球自转速度变化有很好的对应性，这种对应性在地震火山活动和冷空气活动中也有很好的表现，成为强潮汐激发地震火山活动和冷空气活动的证据^[1]。这是潮汐激发地震程度的客观尺度。

       根据罗时芳等人（1974）和任振球等人（1990）的研究，地球自转周期11.169年对应11.2年太阳黑子周期、12.15年对应12.01年木星相似会合周期、18.6年对应月亮赤纬角的变化周期、19.855年对应19.858年木星、土星会合周期、22.337年对应22.2年太阳磁周、29.783年对应29.46年土星公转恒星周期、59.555年周期对应59和60年木星、土星、水星相似会合周期，显示地球自转与行星潮汐的对应关系（见表1）^{[2, 3]}。

      198.72年是太阳黑子长周期和九大行星会聚(九星连珠)周期，被一些专家认定为灾害周期发生的天文原因^[3]。 

表1  地球自转变化的长周期

（据罗时芳^[2]，1977；任振球^[3]，1990；杨学祥^[4]，1998；杨冬红修改，2009）

注：带*号者为杨冬红计算得出。

 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-349016.html

地球自转周期的振幅：潮汐激发地球自转速度变化程度的客观尺度

地球自转周期的振幅是潮汐激发地球自转程度的客观尺度，按由大到小循序排列如下：

1.    60年木星、土星会合周期的振幅为1.239毫秒；

2.    18.6年月亮赤纬角变化周期的振幅为0.521毫秒；

3.    30年土星公转周期、土星相似会合周期、潮汐合成周期的振幅为0.521毫秒；

4.    179年九大行星会聚周期的振幅为0.385毫秒；

5.    45年的土星、天王星会合周期的振幅为0.304毫秒；

6.    34.5年近点月与日月大潮合成周期振幅为0.215毫秒。双倍周期为69年，最接近70年周期。

7.  19.855年木星、土星会合周期振幅为0.198毫秒；

8.  12年的木星相似会合周期的振幅为0.141毫秒；

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1275437.html

      根据转动惯量守恒地理，地球的扁率受日月引潮力作用而发生周期变化，并使地球自转速度发生相应的变化：地球扁率变大，自转速度变小；地球扁率变小，自转速度变大。

黄赤交角为23.5^o，当太阳的位置由南北回归线移向赤道，地球扁率变大，由此造成地球自转速度的半年周期变化。

当地球由远日点运动到近日点时，太阳引潮力的强度增加10%，由此造成地球自转速度的年变化。

白赤交角，即月亮赤纬角在18.6-28.6度之间变动，由此引发地球自转速度的18.6年、27.3天、13.6天变化周期。

实际上，每年4月9日-7月28日及11月18日-1月23日为地球自转加速阶段；1月25日-4月7日及7月30日-11月6日为地球自转减速阶段[10, 11]。快慢时段的昼夜时间（日长）长短的差别不超过几千分之几秒，但是这种变化可以影响到气象事件，与计算值量级完全相符。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-936571.html

      总之，月亮潮汐强度最大，太阳潮汐次之，相比之下，行星潮汐可以忽略不计。只有在日月大潮时，行星潮汐才能发挥作用（例如，2021年2月8-11日强潮汐组合）。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1374685.html

       地球内核反向旋转周期：6年、12年、20年、30年、70年，与日月潮汐以及行星潮汐相关。内核自转减慢直至反向是地球内磁尾在太阳风的压力下绕固体地球反向自转的结果，其转向周期受地球自转周期控制。

       事实上，我们2022年3月就发现了地球内外磁尾绕固体地球反向旋转。

地磁场的两极反转：地球内磁尾绕地球旋转产生磁场

已有 4042 次阅读 2022-3-3 09:41 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

地磁场的两极反转：地球内磁尾绕地球旋转产生磁场

                                           吉林大学：杨学祥，杨冬红

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。

太阳风挤压液态外核形成地球磁场：被忽视的发现

已有 1342 次阅读 2021-12-23 08:11 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

          太阳风挤压液态外核形成地球磁场：被忽视的发现

                                  吉林大学：杨学祥，杨冬红

       关键词：太阳风；内磁尾； 外磁尾； 外核尾； 地磁场； 背光旋转

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。

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参考文献 

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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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