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大灾难地磁场极性倒转

已有 5563 次阅读 2009-11-15 07:59 |个人分类:地磁|系统分类:科普集锦| 地磁场, 磁层, 极性倒转

大灾难地磁场极性倒转

 

地磁场由主磁场、变化磁场和地壳磁场组成,地磁场随时间的变化主要包括主磁场的长期变化与变化磁场的短期变化.地磁场的长期变化包括非偶极子磁场的西向漂移与偶极子磁场的变化,还包括地磁场极性倒转。用通俗语言来说,就是现在的地磁南极变成北极,而现在的地磁北极则变为南极。

磁场倒转的一种可能模型(Cox模型)认为极性的反转首先是场强的衰减,在几千年内场强衰减为原来的三分之一, 同时偶极子轴有约300左右的摆动,然后沿不规则的途径移到相反的极性, 场强开始上升. 其时间间隔为103104. 过渡时期地磁场变得很弱.

我们一般知道,阳光、空气和水是人类生存不可缺少的条件。但是,还应加上地磁场。因为地磁场包在地球周围,形成磁层。而因为有了磁层就可以阻挡高速高温太阳风和宇宙高能粒子的轰击。磁层成为保护地球及人类的不可缺少的一道天然屏障。

在地磁倒转的较漫长过程中,磁层将会遭到极大破坏甚至在一些时间内消失。.  当偶极矩变小时, 磁层会收缩, 磁层顶会逼近地球, 对于磁暴极为重要的环电流也会改变结构, 甚至难以形成. 偶极矩减小到一定程度时, 磁极要发生倒转. 极性倒转会使磁层结构完全翻转过来. 在倒转期间, 磁极会移动到低纬或赤道附近, 本来位于高纬的极隙区会出现在低纬地区, 进而改变太阳风的能量输入, 也会影响能量的纬度分布和经度差异. 这将给人类带来极大的灾难.

古地磁研究的结果表明, 地磁场的倒转开始于前寒武纪(600百万年前), 在以后所有的地质年代都观测到了. 地磁场的极性无疑是循环性地变化, 正反极性的数目和平均时间间隔都是相同的(0.22百万年). 不过,地磁场最近的一次反极性事件发生在2万年前的1万年期间内. 是否新的一次地磁场极性反转快要到了, 这是一个值得深入研究的课题.

偶极子磁矩在十九世纪开始衰减至今. 这说明偶极矩已经连续近200年内衰减,如果在今后保持以每年4×1019Am2的速率连续衰减, 则现在的7.8×1022Am2 需要约2000年衰减到零. 当然, 也有可能偶极矩的变化是波浪式的, 即在今后还有增长的时期, 那样的话,则衰减到零的时间就难估计了.不过, 1555年到19世纪,偶极矩基本上变化不明显. 在偶极矩变化方面基本上能满足Cox模型所要求的,在几千年内场强衰减为原来的三分之一. 但这是起码在数千年之后.

Cox模型还有另外一个条件, 那就是偶极子方向的变化要有300左右的摆动.根据分析的偶极子轴方向的变化远远达不到这一要求. 尽管在1555年之后, 20世纪之前, 大约350年间经度变化在70左右, 纬度变化在500左右,也没有摆动现象. 20世纪的100年内经度变化在30左右, 纬度变化只在10左右,地球磁南极的位置变化不明显  300差得很远. 可见现在根本不存在地磁场倒转的可能.



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