关于地磁场介绍

[拼音]：dicichang

[外文]：geomagnetic field

从地心至磁层边界的空间范围内的磁场。地磁场是地磁学的主要研究对象。人类对于地磁场存在的认识，来源于天然磁石和磁针的指极性。磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极，地球的南磁极(磁性为N极)吸引着磁针的S极。这个解释最初是英国吉伯(W.Gil-bert)于1600年提出的。吉伯制做了一个大的球形磁石，在它的表面附近放置一些小磁棒，他发现这些磁棒的取向就象地球表面的磁针一样。由此，他认为地球是一个巨大的磁石，并以此来解释地磁场的存在。实际上，地球并不是一块大磁石。但吉伯的推断所表明的地磁场来源于地球本体的假定却是正确的，这已为1839年德国数学家C.F.高斯首次运用球谐分析法所证实。

地磁场是一个向量场。描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3个独立的地磁要素。因指南针、磁罗盘是测定磁偏角最简单的装置，所以磁偏角的发现和测定也最早。特别是由于航海的需要，早期海上磁偏角的测定更为系统。1702年英国哈雷(E.Halley)发表了第一幅大西洋磁偏角等值线图，1768年维尔克(J.C.Wilcke)又绘制了世界磁倾角等值线图。但直到1832年高斯提出地磁场强度的测量方法后，才开始有完备的地磁场测定。

近地空间的地磁场，象一个均匀磁化球体或磁棒的磁场，其强度在地面两极附近还不到1高斯，所以地磁场是非常弱的磁场。地磁场强度的单位过去通常采用伽马(γ)，即10-5高斯。1960年又决定采用特斯拉(Tesla)作为国际测磁单位，1高斯＝10-4特斯拉（T），1伽马＝10-9特斯拉=1纳特斯拉（nT），简称纳特。地磁场虽然很弱，但却延伸到很大的空间。它犹如一个幔帐，保护着地球上的生物和人类，使之免受宇宙辐射的侵害。地磁场是地球环境的主要因素之一。

地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。地球的基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，并且变化非常缓慢。这种缓慢的地磁场变化称为地磁场长期变化。地球的变化磁场是地磁场的各种短期变化，主要起源于地球外部，并且很微弱。

地球基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。偶极子磁场是地磁场的基本成分，约占地磁场90％，产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程，即自激发电机效应。非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个辽阔的地域，平均强度约占地磁场10％，场源在地球内部何处目前还有争议。地磁异常又分为区域异常和局部异常，系由地壳内具有磁性的岩层和矿体等所形成（见地球基本磁场、地磁场起源）。

地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化包括以一个太阳日为周期的太阳静日变化(Sq)和以一个太阴日为周期的太阴日变化(L)，变化幅度分别为10～102纳特和1～3纳特，场源是分布在电离层中的永久性的电流体系。干扰变化包括磁暴（Dst）、地磁亚暴、太阳扰日变化(SD)和地磁脉动等，场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系。磁暴是全球同时发生的强烈磁扰，持续时间约为1～3天，幅度可达102纳特。地磁亚暴主要是极光区的磁扰，具有不同类型，其中主要类型是地磁湾扰，持续时间约为1～3小时，幅度约为102～103纳特。太阳扰日变化具有周期性，周期也是一个太阳日，幅度约为10～102纳特，不过它也主要是极光区的磁扰。地磁脉动是各种短周期的地磁变化，周期从几秒到十几分，幅度从1纳特到大于102纳特，而在极光区幅度最大。

除外源场外，变化磁场还有内源场。这是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的。将高斯球谐分析用于变化磁场，可将这种内、外场区分开。据此研究地球的电导率的分布，已成为地磁学的一个重要领域，叫做地球电磁感应。20世纪初S.查普曼根据地磁静日变化和磁暴的内、外场的关系，得出深度为250～800公里和400～1000公里的上地幔电导率分别为3.6×10-13和4.4×10-12电磁单位。

地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系，又和地壳上地幔的电性结构有关，所以在空间物理学和固体地球物理学研究中都具有重要意义。

现代地磁场观测资料的积累还不足400年，但是，通过测定岩石的磁性以及古瓷器、古砖瓦、古炉灶等古物的磁性，可以研究古地磁场的方向、强度和磁极位置，从而可以了解地磁场在地质时期的演化史。含有磁性矿物的岩石在其冷却或沉积过程中，经过焙烧的各种含有磁性的古物在其冷却时，因受到当时当地的地磁场磁化作用而获得剩余磁性。这种剩余磁性的强度和方向同当时当地的地磁场的强度和方向有关系，这就是研究古地磁场及其演化历史的基础。古地磁场的研究和应用已发展成为地磁学的一个重要分支，称为古地磁学。